关于单例模式你需要知道的都在这了

2020-05-05 14:59 319人阅读评论(0)

关于单例模式你需要知道的都在这了

定义

单例模式确保一个类只有一个实例，并提供一个全局访问点

做法

把类的构造函数设置为private，用一个静态变量存储本身的唯一一个实例，然后通过静态方法获取唯一的实例。

应用场景

下面列举的应用场景引用于https://blog.csdn.net/tanyujing/article/details/14160941

Windows的Task Manager（任务管理器）就是很典型的单例模式（这个很熟悉吧），想想看，是不是呢，你能打开两个windows task manager吗？不信你自己试试看哦~
windows的Recycle Bin（回收站）也是典型的单例应用。在整个系统运行过程中，回收站一直维护着仅有的一个实例。
网站的计数器，一般也是采用单例模式实现，否则难以同步。
应用程序的日志应用，一般都何用单例模式实现，这一般是由于共享的日志文件一直处于打开状态，因为只能有一个实例去操作，否则内容不好追加。
Web应用的配置对象的读取，一般也应用单例模式，这个是由于配置文件是共享的资源。
数据库连接池的设计一般也是采用单例模式，因为数据库连接是一种数据库资源。数据库软件系统中使用数据库连接池，主要是节省打开或者关闭数据库连接所引起的效率损耗，这种效率上的损耗还是非常昂贵的，因为何用单例模式来维护，就可以大大降低这种损耗。
多线程的线程池的设计一般也是采用单例模式，这是由于线程池要方便对池中的线程进行控制。
操作系统的文件系统，也是大的单例模式实现的具体例子，一个操作系统只能有一个文件系统。
HttpApplication 也是单例模式的典型应用。熟悉ASP.Net(IIS)的整个请求生命周期的人应该知道HttpApplication也是单例模式，所有的HttpModule都共享一个HttpApplication实例.

单例模式与全局变量

全局变量也能提供全局访问点，但全局变量在程序一开始就要初始化，而单例模式可以选择在加载类的时候创建，也可以选择在需要实例的时候再创建。最重要的是，全局变量不能保证只有一个实例被创建。

单例模式的不同实现

下面介绍三种常见的单例模式的实现–饥汉式、懒汉式和双重检查加锁式，更多的实现可以参考
https://www.cnblogs.com/zhaoyan001/p/6365064.html

饥汉式单例模式

EagerSingleton.java

package priv.mxz.design_pattern.singleton_pattern;

class EagerSingleton {
    private static EagerSingleton instance=new EagerSingleton();

    private EagerSingleton(){}

    static public EagerSingleton getInstance(){
        return instance;
    }
}

在类加载的时候已经把实例初始化，在调用静态方法getInstance前已经有了具体的实例，如果程序一直没有使用这么实例，则会造成内存上的浪费。由于在类加载的时候已经初始化了实例，所以是线程安全的。

懒汉式单例模式

LazySingleton.java

package priv.mxz.design_pattern.singleton_pattern;

class LazySingleton {
    private static LazySingleton instance;

    private LazySingleton(){ }

    public synchronized static LazySingleton getInstance(){
        if (instance==null)
            instance=new LazySingleton();
        return instance;
    }
}

在调用getInstance后才判断是否有具体的实例，如果没有则初始化一个，这样可以避免在实例还不被使用时占用内存。
代码中getInstance用了关键字synchronized，后者用于线程同步，保证同一时刻只有一个线程能运行getInstance方法且中途不能切换线程。如果没有了synchronized，那么上述代码就是线程不安全的，因为可能存在这样的情况：线程A和线程B都是第一次运行getInstance方法，首先线程A执行完if语句，判断出需要创建实例，然后准备创建实例，但此时CPU控制权切换到了线程B，此时线程B也执行if判断，也判断出需要创建实例，然后线程B创建了自己的实例并返回，切换回线程A，线程A也创建了自己的实例并覆盖线程B创建的instance并返回，这样线程AB得到了两个不同的instance。
加了synchronized后代码是线程安全的，但每次调用getInstance都需要执行同步操作，实际上只有第一次instance是null时才可能有同步异常，所以每次都执行同步操作其实降低了性能。

双重检查加锁式（Double Checked Locking）

LazySingletonDCL.java

package priv.mxz.design_pattern.singleton_pattern;

class LazySingletonDCL {
    private volatile static LazySingletonDCL instance;

    private LazySingletonDCL(){}

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

volatile关键字保证了当instance发生变化时（被创建为实例）多个线程能马上知道变化发生。避免实例已经被创建，另一个线程依然判断instance依然为null的情况。
getInstance方法中，跟懒汉式单例模式对比，DCL式把同步放到了判断instance为null后，如果instance不为null则不会有同步操作，提高了系统性能。
instance为null的情况下，线程先获得同步锁，拿到以后还要再次判断instance是否为null，是的话才创建实例，不是的话什么都不干。这么做的原因是两个线程A和B依然可能先后执行完第一个if判断，然后同时进入到同步部分，然后线程A获取到锁，然后创建了一个实例，随后锁交给线程B，此时在同步部分的代码里，instance已经不是null（线程B通过volatile知道线程A已经创建了一个实例），如果不再次判断，那么线程B还会创建一个实例。这就是需要双重检查的原因。

测试代码

SingletonPattern.java

package priv.mxz.design_pattern.singleton_pattern;

import java.lang.reflect.Field;
import java.lang.reflect.Modifier;

public class SingletonPattern {

    public static void beforeGetInstance(Class cls)throws IllegalAccessException{
        Field[] fields=cls.getDeclaredFields();
        if (fields!=null && fields.length>0){
            for (Field field:fields){
                field.setAccessible(true);
                if (field.getType()==cls && Modifier.isStatic(field.getModifiers())){
                    System.out.println("private instance of "+cls.getName()+ " before getInstance() is "+
                            field.get(cls));
                }
            }
        }
    }

    public static void main(String[] args){

        try {
            beforeGetInstance(EagerSingleton.class);
        } catch (IllegalAccessException e) {
            e.printStackTrace();
        }

        try {
            beforeGetInstance(LazySingleton.class);
        } catch (IllegalAccessException e) {
            e.printStackTrace();
        }

        try {
            beforeGetInstance(LazySingletonDCL.class);
        } catch (IllegalAccessException e) {
            e.printStackTrace();
        }


        EagerSingleton es1=EagerSingleton.getInstance();
        EagerSingleton es2=EagerSingleton.getInstance();
        System.out.println("two EagerSingleton equal: "+ (es1==es2));

//        EagerSingleton es3=new EagerSingleton();  失败，无法编译通过

        LazySingleton ls1=LazySingleton.getInstance();
        LazySingleton ls2=LazySingleton.getInstance();
        System.out.println("two LazySingleton equal:"+(ls1==ls2));

        LazySingletonDCL lsd1=LazySingletonDCL.getInstance();
        LazySingletonDCL lsd2=LazySingletonDCL.getInstance();
        System.out.println("two LazySingleton DCL equal:"+(lsd1==lsd2));

    }
}

下面是结果

private instance of priv.mxz.design_pattern.singleton_pattern.EagerSingleton before getInstance() is priv.mxz.design_pattern.singleton_pattern.EagerSingleton@14ae5a5
private instance of priv.mxz.design_pattern.singleton_pattern.LazySingleton before getInstance() is null
private instance of priv.mxz.design_pattern.singleton_pattern.LazySingletonDCL before getInstance() is null
two EagerSingleton equal: true
two LazySingleton equal:true
two LazySingleton DCL equal:true

main函数中我们分别把三种单例模式的类的Class实例传进函数beforeGetInstance，beforeGetInstance通过反射的方式判断类中静态变量instance的值是否为null，以此来判断单例模式是饥汉式还是懒汉式（即判断在getInstance被调用之前instance是否已经初始化），从输出可以看到EagerSingleton在调用getInstance前已经初始化了实例，其他两个则没有，值为null

接着我们分别用三个类的getInstance各自创建了两个实例，判断着两个实例是否相同，从结果可知，三个类都实现了单例模式的基本功能–返回的两个实例是完全相同的唯一一个实例。

优缺点

优点：
单例模式可以替代全局变量为程序提供唯一的全局访问点，避免了对象的多次的创建与销毁，提高了系统性能。

缺点：
程序中可能有许多地方依赖于单例类，单例类的职责过于繁重，修改单例类可能牵一发而动全身。
单例类有创建产品的工厂角色，也有产品本身的角色，违背了“单一职责”的设计原则。
单例类不方便继承，不利于扩展。

总结

单例模式为外部提供了单例类唯一的类实例的访问入口，可以保证在程序运行期间只有一个单例类实例，常见的应用场景有日志记录器和垃圾回收器等，单例模式的实现有多种方式，比如饥汉式，懒汉式和DLC式。单例模式的实现有利于提高系统性能，保证了实例的唯一性，但修改单例类时可能会对系统造成较大的影响。

转载：https://blog.csdn.net/qq_36267931/article/details/105655082

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