什么是单例模式?

时间:2021-7-4 作者:qvyue

单例模式(Singleton Pattern)是 Java 中最简单的设计模式之一。这种类型的设计模式属于创建型模式,它提供了一种创建对象的最佳方式。
单例模式涉及到一个单一的类,该类负责创建自己的对象,同时确保只有单个对象被创建。该类提供了一种访问其唯一的对象的方式,可以直接访问,不需要实例化该类的对象。
使用单例模式需要满足:
1、单例类只能有一个实例。
2、单例类必须自己创建自己的唯一实例。
3、单例类必须给所有其他对象提供这一实例。
单例模式的应用:一个电脑有两台打印机,在输出的时候就要处理不能两台打印机打印同一个文件。

单例模式分为: 懒汉式单例、饿汉式单例。
饿汉式单例:类加载的时候,创建对象。 因此类加载速度慢, 线程相对安全。
懒汉式单例:类加载的时候,不会创建对象,调用时才会创建对象。因此类加载速度快,线程相对不安全,一般要配合synchronized使用。

一、饿汉式单例

//饿汉式单例类.在类初始化时,已经自行实例化 
public class Singleton {
    private Singleton() {}
    private static final Singleton single = new Singleton();
    public static Singleton getInstance() {
        return single;
    }
}

从上述代码可以看出,饿汉式单例在类创建的同时就已经创建好一个静态的对象供系统使用,以后不再改变,所以天生是线程安全的。

二、懒汉式单例

//懒汉式单例类.在第一次调用的时候实例化自己 
public class Singleton {
    private Singleton() {}
    private static Singleton single=null;
    public static Singleton getInstance() {
         if (single == null) {  
             single = new Singleton();
         }  
        return single;
    }
}

Singleton通过将构造方法限定为private避免了类在外部被实例化,在同一个虚拟机范围内,Singleton的唯一实例只能通过getInstance()方法访问。
但是懒汉式单例的实现没有考虑线程安全问题,它是线程不安全的,并发环境下很可能出现多个Singleton实例,要实现线程安全。
解决懒汉式单例的线程安全的方法:双重检查锁定。

解决方案:双重检查锁定

public static Singleton getInstance() {
        if (singleton == null) {  
            synchronized (Singleton.class) {  
               if (singleton == null) {  
                  singleton = new Singleton(); 
               }  
            }  
        }  
        return singleton; 
    }

在getInstance中做了两次null检查,确保了只有第一次调用单例的时候才会做同步,这样也是线程安全的,同时避免了每次都同步的性能损耗

饿汉式和懒汉式区别
从名字上来说,饿汉和懒汉,饿汉就是类一旦加载,就把单例初始化完成,保证getInstance的时候,单例是已经存在的了,而懒汉比较懒,只有当调用getInstance的时候,才回去初始化这个单例。
1、线程安全:
饿汉式天生就是线程安全的,可以直接用于多线程而不会出现问题。
懒汉式本身是非线程安全的,需要结合synchronized 使用。

2、资源加载和性能:
饿汉式在类创建的同时就实例化一个静态对象出来,不管之后会不会使用这个单例,都会占据一定的内存,但是相应的,在第一次调用时速度也会更快,因为其资源已经初始化完成。
懒汉式会延迟加载,在第一次使用该单例的时候才会实例化对象出来,第一次调用时要做初始化,如果要做的工作比较多,性能上会有些延迟,之后就和饿汉式一样了。

应用实例(懒汉式双重检查锁定)

public class TestSingleton {
   String name = null;

       private TestSingleton() {
   }

   private static volatile TestSingleton instance = null;

   public static TestSingleton getInstance() {
          if (instance == null) {  
            synchronized (TestSingleton.class) {  
               if (instance == null) {  
                  instance = new TestSingleton(); 
               }  
            }  
          } 
          return instance;
   }

   public String getName() {
       return name;
   }

   public void setName(String name) {
       this.name = name;
   }

   public void printInfo() {
       System.out.println("the name is " + name);
   }

}

代码中加了volatile关键字来声明单例对象用来保证instance 的可见性。

public class TMain {
    public static void main(String[] args){
        TestStream ts1 = TestSingleton.getInstance();
        ts1.setName("jason");
        TestStream ts2 = TestSingleton.getInstance();
        ts2.setName("0539");
        
        ts1.printInfo();
        ts2.printInfo();
        
        if(ts1 == ts2){
            System.out.println("创建的是同一个实例");
        }else{
            System.out.println("创建的不是同一个实例");
        }
    }
}

运行结果:

什么是单例模式?
image.png

结论:由结果可以得知单例模式为一个面向对象的应用程序提供了对象惟一的访问点,不管它实现何种功能,整个应用程序都会同享一个实例对象。

优点:
1、在内存里只有一个实例,减少了内存的开销,尤其是频繁的创建和销毁实例。
2、避免对资源的多重占用(比如写文件操作)。
缺点:
没有接口,不能继承,与单一职责原则冲突,一个类应该只关心内部逻辑,而不关心外面怎么样来实例化。

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