2.java设计模式之单例模式

xiaokantianse 2020-11-09 17:44:33
java 设计 模式 2.java


  • 设计模式是面对同类软件工程设计问题所总结出来有用的经验,模式不是代码,是某类问题通用的解决方式
  • 设计模式的本质是提高软件的维护性,通用性和扩展性,并降低软件的复杂度
  • java设计模式共23种,分为三类
    • 创建型模式:单例模式、抽象工厂模式、原型模式、建造者模式、工厂模式
    • 结构型模式:适配器模式、桥接模式、装饰模式、组合模式、外观模式、享元模式、代理模式
    • 行为型模式:模板方法模式、命令模式、访问者模式、迭代器模式、观察者模式、中介者模式、备忘录模式、解释器模式、状态模式、策略模式、责任链模式

1、单例模式

基本介绍:

​ 采取一定的方法保证在整个软件系统中,对某个类只能存在一个实例对象,并且该类只提供一个取得其对象实例的静态方法,共有8种方式

代码实现:
  1. /**
    * 饿汉式(静态常量)
    * 优缺点
    * 写法简单,在类装载的时候完成实例化,避免的了线程安全问题
    * 没有起到延迟加载的作用,如一直没使用过该对象,则造成了内存的浪费
    * 这种方式基于classloder机制避免了多线程的同步问题,不过,instance在类装载时就实例化,在单例模式中大多数都是调用getInstance方法
    * 但是导致类装载的原因有很多种,因此不能确定有其他的方式(或者其他的静态方法)导致类装载,这时候初始化 instance 就没有达到 lazy loading 的效果
    *
    */
    class Singleton {
    private static Singleton singleton = new Singleton();
    /**
    * 私有化构造 防止外部创建
    */
    private Singleton() {}
    public static Singleton getInstance() {
    return singleton;
    }
    }
    
  2. /**
    * 饿汉式(静态代码块)
    * 优缺点:
    * 和饿汉式(静态变量)的一样,只不过将实例化放在了静态代码块中
    */
    class Singleton {
    private static Singleton singleton;
    private Singleton() {}
    static {
    singleton = new Singleton();
    }
    public static Singleton getInstance() {
    return singleton;
    }
    }
    
  3. /**
    * 懒汉式(线程不安全)
    * 优缺点:
    * 起到了延迟加载的效果,但在多线程环境下会有线程安全问题
    * 例如:在同一时间有多个线程进入了if语句块 不建议使用该方式
    */
    class Singleton {
    private static Singleton singleton;
    private Singleton() {}
    /**
    * 用到时再创建实例对象
    * @return
    */
    public static Singleton getInstance() {
    if (null == singleton) {
    singleton = new Singleton();
    }
    return singleton;
    }
    }
    
  4. /**
    * 懒汉式(同步方法)
    * 优缺点:
    * 解决了线程安全问题,但效率太低,创建实例的代码只需执行一次 不推荐使用
    */
    class Singleton {
    private static Singleton singleton;
    private Singleton() {}
    /**
    * 使用同步方法保证线程安全
    * @return
    */
    public synchronized static Singleton getInstance() {
    if (null == singleton) {
    singleton = new Singleton();
    // 注意:此处的同步代码块完全多余 根本解决不了线程安全问题
    // 同一时间有多个线程计入到if语句块,仍会创建多个实例
    synchronized (Singleton.class) {
    singleton = new Singleton();
    }
    }
    return singleton;
    }
    }
    
  5. /**
    * 懒汉式(同步代码块)
    * 优缺点:
    * 没有解决了线程安全问题,不推荐使用
    */
    class Singleton {
    private static Singleton singleton;
    private Singleton() {}
    public static Singleton getInstance() {
    if (null == singleton) {
    // 注意:此处的同步代码块完全多余 根本解决不了线程安全问题
    // 同一时间有多个线程计入到if语句块,仍会创建多个实例
    synchronized (Singleton.class) {
    singleton = new Singleton();
    }
    }
    return singleton;
    }
    }
    
  6. /**
    * 懒汉式(双重检查)
    * 优缺点:
    * Double-Check解决的多线程的线程安全问题,创建实例的方法只执行了一次,并且起到了延迟加载的作用
    * 第一层的if提高了效率 ,推荐使用该方式
    */
    class Singleton {
    private static volatile Singleton singleton;
    private Singleton() {}
    public static Singleton getInstance() {
    if (null == singleton) {
    // 即使多个线程同时进入了该if语句,实例化的代码只会执行一次
    synchronized (Singleton.class) {
    if (null == singleton) {
    singleton = new Singleton();
    }
    }
    }
    return singleton;
    }
    }
    
  7. /**
    * 静态内部类
    * 优缺点:
    * 这种方式采用了类装载的机制来保证初始化实例时只有一个线程
    * 静态内部类方式在Singleton类被装载时并不会立即实例化,而是在需要实例化时,调用getInstance方法,才会装载SingletonInstance类,从而完成Singleton的实例化
    * 类的静态属性只会在第一次加载类的时候初始化,所以在这里JVM帮助我们保证了线程的安全性,在类进行初始化时,别的线程是无法进入的
    * 实现了线程安全,延迟加载,效率高,推荐使用
    */
    class Singleton {
    private static volatile Singleton singleton;
    private Singleton() {}
    /**
    * 静态内部类
    */
    private static class SingletonInstance {
    private static final Singleton INSTANCE = new Singleton();
    }
    public static Singleton getInstance() {
    return SingletonInstance.INSTANCE;
    }
    }
    
  8. /**
    * 枚举
    * 优缺点:
    * 不仅能避免多线程同步问题,而且还能防止反序列化重新创建新的对象 推荐使用
    */
    enum Singleton {
    INSTANCE;
    }
    
jdk源码中Runtime类使用饿汉式
  • public class Runtime {
    private static Runtime currentRuntime = new Runtime();
    /**
    * Returns the runtime object associated with the current Java application.
    * Most of the methods of class <code>Runtime</code> are instance
    * methods and must be invoked with respect to the current runtime object.
    *
    * @return the <code>Runtime</code> object associated with the current
    * Java application.
    */
    public static Runtime getRuntime() {
    return currentRuntime;
    }
    /** Don't let anyone else instantiate this class */
    private Runtime() {}
    ......
    }
    
注意事项:
  • 单例模式保证了系统内存中该类只存在一个对象,节省了系统资源,对于一些需要频繁创建销毁的对象,使用单例模式可以提高系统性能
  • 当想实例化一个单例类的时候,必须要使用相应的获取对象的方法,而不是使用new
  • 使用的场景:需要频繁的进行创建和销毁的对象、创建对象时耗时过多或耗费资源过多(即:重量级对象),但又经常用到的对象、工具类对象、频繁访问数据库或文件的对象(比如数据源、session工厂等)
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