创建型模式-单例模式(确保对象唯一性)

目录

• 1. 定义
• 2. 结构
• 3. 代码实现
• 4. 优缺点
• 5. 适用场景
• 6. 个人理解
• 参考

1. 定义

单例模式(Singleton Pattern)：确保某一个类只有一个实例，而且自行实例化并向整个系统提供这个实例，这个类称为单例类，它提供全局访问的方法。单例模式是一种对象创建型模式。

2. 结构

单例模式有三个要点：一是某个类只能有一个实例；二是它必须自行创建这个实例；三是它必须自行向整个系统提供这个实例。单例模式是结构最简单的设计模式一，在它的核心结构中只包含一个被称为单例类的特殊类。单例模式结构如图所示：

• Singleton（单例）：在单例类的内部实现只生成一个实例，同时它提供一个静态的getInstance()工厂方法，让客户可以访问它的唯一实例；为了防止在外部对其实例化，将其构造函数设计为私有；在单例类内部定义了一个Singleton类型的静态对象，作为外部共享的唯一实例。

3. 代码实现

1. 普通单例模式，多线程调用会出现创建了多个对象

public class Singleton {

	private static Singleton singleton;

	private Singleton() {
	}

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

}

2. 饿汉单例模式，是实现起来最简单的单例类，当类被加载时，静态变量instance会被初始化，此时类的私有构造函数会被调用，单例类的唯一实例将被创建。可确保单例对象的唯一性。结构图和代码如下：

public class EagerSingleton {

	private static EagerSingleton eagerSingleton = new EagerSingleton();

	private EagerSingleton() {
	}

	public static EagerSingleton getInstance() {
		return eagerSingleton;
	}

}

3. 懒汉单例模式，在第一次调用getInstance()方法时实例化，在类加载时并不自行实例化，这种技术又称为延迟加载(Lazy Load)技术，即需要的时候再加载实例，为了避免多个线程同时调用getInstance()方法，结构图和代码如下：

public class LazySingleton {

	private static LazySingleton instance = null;

	private LazySingleton() {
	}

	//锁的范围过大，性能降低
	synchronized public static LazySingleton getInstance() {
		if (null == instance) {
			instance = new LazySingleton();
		}
		return instance;
	}

}

上面的懒汉单例使用synchronzed进行线程锁，范围过大，影响性能，可以使用双重检查锁定(Double-CheckLocking)来实现懒汉式单例类，代码如下：

class LazySingleton2 {

	//volatile保证多线程间共享变量的可见性
	private volatile static LazySingleton2 instance = null;

	private LazySingleton2() {
	}

	//双重检查锁定(Double-Check Locking)
	public static LazySingleton2 getInstance() {
		//第一重判断
		if (null == instance) {
			//锁定代码块
			synchronized (LazySingleton2.class) {
				//第二重判断
				if (null == instance) {
					instance = new LazySingleton2();
				}
			}
		}
		return instance;
	}
}

饿汉式单例类不能实现延迟加载，不管将来用不用始终占据内存；懒汉式单例类线程安全控
制烦琐，而且性能受影响。

还有一种更好的单例实现方式，称之为Initialization Demand Holder (IoDH)的技术，既可以实现延迟加载，又可以保证线程安全，不影响系统性能.在IoDH中，我们在单例类中增加一个静态(static)内部类，在该内部类中创建单例对象，再将该单例对象通过getInstance()方法返回给外部使用，实现代码如下：

class Singleton2 {

	private Singleton2() {
	}

	private static class HolderClass {

		private final static Singleton2 instance = new Singleton2();
	}

	public static Singleton2 getInstance() {
		return HolderClass.instance;
	}

}

4. 优缺点

• 优点

1. 单例模式提供了对唯一实例的受控访问。
2. 可节约系统资源，对于需频繁创建和销毁的对象单例模式可提高系统的性能。
3. 允许可变数目的实例，可私用单例控制相似办法来获得指定个数的对象实例。

• 缺点

1. 由于单例模式中没有抽象层，因此单例类的扩展有很大的困难。
2. 单例类的职责过重，在一定程度上违背了“单一职责原则”。
3. 自动垃圾回收技术可能会导致单例对象状态的丢失。

5. 适用场景

1. 系统只需要一个实例对象，如系统要求提供一个唯一的序列号生成器，或者需要考虑资源消耗太大而只允许创建一个对象。
2. 客户调用类的单个实例只允许使用一个公共访问点，除了该公共访问点，不能通过其他途径访问该实例。

6. 个人理解

单例模式可确保只有一个实例对象，其提供了实例的全局访问点来获得该实例，为了避免多线程访问的隐患，可使用饿汉单例模式和IoDH技术的懒汉单例模式。

参考

1. Java设计模式-刘伟