設(shè)計(jì)模式 | 單例設(shè)計(jì)模式
單例模式
單例模式(Singleton Pattern)是 Java 中最簡(jiǎn)單的設(shè)計(jì)模式之一。這種類型的設(shè)計(jì)模式屬于創(chuàng)建型模式，它提供了一種創(chuàng)建對(duì)象的最佳方式。
這種模式涉及到一個(gè)單一的類，該類負(fù)責(zé)創(chuàng)建自己的對(duì)象，同時(shí)確保只有單個(gè)對(duì)象被創(chuàng)建。這個(gè)類提供了一種訪問其唯一的對(duì)象的方式，可以直接訪問，不需要實(shí)例化該類的對(duì)象。
簡(jiǎn)單來說就是：
- 單例類只能有一個(gè)實(shí)例。
- 單例類必須自己創(chuàng)建自己的唯一實(shí)例。
- 單例類必須給所有其他對(duì)象提供這一實(shí)例。
單例模式看起來非常簡(jiǎn)單，實(shí)現(xiàn)起來也非常簡(jiǎn)單。單例模式在面試中是一個(gè)高頻面試題。希望大家能夠認(rèn)真學(xué)習(xí)，掌握單例模式，提升核心競(jìng)爭(zhēng)力，給面試加分，順利拿到 Offer。
1. 單例模式定義
單例(Singleton)模式的定義：指一個(gè)類只有一個(gè)實(shí)例，且該類能自行創(chuàng)建這個(gè)實(shí)例的一種模式，并提供一個(gè)訪問它的全局訪問點(diǎn)。
2. 單例模式作用
單例模式主要用來解決，一個(gè)全局使用的類被頻繁的創(chuàng)建、銷毀。
核心思想：創(chuàng)建對(duì)象時(shí)，先判斷對(duì)象是否已經(jīng)存在，如果有則返回，如果沒有則創(chuàng)建。
關(guān)鍵代碼是構(gòu)造函數(shù)私有化;使對(duì)象全局只創(chuàng)建一個(gè)。
3. 單例模式應(yīng)用場(chǎng)景
對(duì)于 Java 來說，單例模式可以保證在一個(gè) JVM 中只存在單一實(shí)例。單例模式的應(yīng)用場(chǎng)景主要有以下幾個(gè)方面。
- 需要頻繁創(chuàng)建的一些類，使用單例可以降低系統(tǒng)的內(nèi)存壓力，減少 GC。
- 某類只要求生成一個(gè)對(duì)象的時(shí)候，如一個(gè)班中的班長、每個(gè)人的身份證號(hào)等。
- 某些類創(chuàng)建實(shí)例時(shí)占用資源較多，或?qū)嵗臅r(shí)較長，且經(jīng)常使用。
- 某類需要頻繁實(shí)例化，而創(chuàng)建的對(duì)象又頻繁被銷毀的時(shí)候，如多線程的線程池、網(wǎng)絡(luò)連接池等。
- 頻繁訪問數(shù)據(jù)庫或文件的對(duì)象。
- 對(duì)于一些控制硬件級(jí)別的操作，或者從系統(tǒng)上來講應(yīng)當(dāng)是單一控制邏輯的操作，如果有多個(gè)實(shí)例，則系統(tǒng)會(huì)完全亂套。
- 當(dāng)對(duì)象需要被共享的場(chǎng)合。由于單例模式只允許創(chuàng)建一個(gè)對(duì)象，共享該對(duì)象可以節(jié)省內(nèi)存，并加快對(duì)象訪問速度。如 Web 中的配置對(duì)象、數(shù)據(jù)庫的連接池等。
3. 單例模式結(jié)構(gòu)
單例模式的主要角色如下。
- 單例類：包含一個(gè)實(shí)例且能自行創(chuàng)建這個(gè)實(shí)例的類。
- 訪問類：使用單例的類。
單例模式類圖
4. 單例模式實(shí)現(xiàn)
單例模式通常有兩種實(shí)現(xiàn)形式。
4.1 懶漢式
該模式的特點(diǎn)是類加載時(shí)沒有生成單例，只有當(dāng)?shù)谝淮握{(diào)用 getlnstance 方法時(shí)才去創(chuàng)建這個(gè)單例。代碼如下：
- public class LazySingleton {
- //保證 instance 在所有線程中同步
- private static volatile LazySingleton instance = null;
- //private 避免類在外部被實(shí)例化
- private LazySingleton() { }
- // 獲取單例對(duì)象
- public static synchronized LazySingleton getInstance() {
- //getInstance 方法前加同步
- if (instance == null) {
- instance = new LazySingleton();
- }
- return instance;
- }
- }
如果編寫的是多線程程序，則不要?jiǎng)h除上例代碼中的關(guān)鍵字 volatile 和 synchronized，否則將存在線程非安全的問題。如果不刪除這兩個(gè)關(guān)鍵字就能保證線程安全，但是每次訪問時(shí)都要同步，會(huì)影響性能，且消耗更多的資源，這是懶漢式單例的缺點(diǎn)。
餓漢式單例
該模式的特點(diǎn)是類一旦加載就創(chuàng)建一個(gè)單例，保證在調(diào)用 getInstance 方法之前單例已經(jīng)存在了。
- public class HungrySingleton {
- private static final HungrySingleton instance = new HungrySingleton();
- private HungrySingleton() { }
- public static HungrySingleton getInstance() {
- return instance;
- }
- }
餓漢式單例在類創(chuàng)建的同時(shí)就已經(jīng)創(chuàng)建好一個(gè)靜態(tài)的對(duì)象供系統(tǒng)使用，以后不再改變，所以是線程安全的，可以直接用于多線程而不會(huì)出現(xiàn)問題。
其他
除了上面所說的之外之外，還有雙檢鎖/雙重校驗(yàn)鎖(DCL，即 double-checked locking)式、登記式/靜態(tài)內(nèi)部類式、枚舉式等方式實(shí)現(xiàn)單例。
具體參考https://www.runoob.com/design-pattern/singleton-pattern.html
總結(jié)
單例模式的優(yōu)點(diǎn)：
- 單例模式可以保證內(nèi)存里只有一個(gè)實(shí)例，減少了內(nèi)存的開銷。
- 可以避免對(duì)資源的多重占用。
- 單例模式設(shè)置全局訪問點(diǎn)，可以優(yōu)化和共享資源的訪問。
單例模式的缺點(diǎn)：
- 單例模式一般沒有接口，擴(kuò)展困難。如果要擴(kuò)展，則除了修改原來的代碼，沒有第二種途徑，違背開閉原則。
- 在并發(fā)測(cè)試中，單例模式不利于代碼調(diào)試。在調(diào)試過程中，如果單例中的代碼沒有執(zhí)行完，也不能模擬生成一個(gè)新的對(duì)象。
- 單例模式的功能代碼通常寫在一個(gè)類中，如果功能設(shè)計(jì)不合理，則很容易違背單一職責(zé)原則。
