【GOF23设计模式】--单例模式

• 核心作用：
• 保证一个类只有一个实例，并且提供一个访问该实例的全局访问点

• 常见应用场景
• windows的任务管理器
• windows的回收站
• 项目中，读取配置文件的类
• 网站的计数器，否则难以同步
• 应用程序的日志应用，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
• 数据库连接池的设计一般也是采用单例，因为数据库连接是一种数据库资源
• Servlet的Application内置对象
• Servlet编程中每个servlet也是单例的
• Spring中每个bean默认就是单例的，这样做的有点是spring容器可以管理
• spring mvc框架/struts1框架，控制器对象也是单例
• 单例模式的优点：
• 由于单例模式只生成一个实例，减少了系统性能开销，当一个对象的产生需要比较多的资源时，如读取配置、产生其他依赖对象时，则可以通过在应用启动时直接产生一个单例对象，然后永久驻留内存的方式来解决
• 单例模式可以在系统设置全局的访问点，优化环共享资源访问，例如可以设计一个单例类，负责所有数据表的映射处理
• 常见的五种单例模式实现方式
• 主要:
• 饿汉式（线程安全，调用效率高。但是，不能延时加载）
• 懒汉式（线程安全，调用效率不高。但是，可以延时加载）
• 其他：
• 双重检测锁式（由于JVM底层内部模型原因，偶尔会出现问题，不建议使用）
• 静态内部类式（线程安全，调用效率高。但是，可以延时加载）
• 枚举单例（线程安全，调用效率高，不能延时加载）

 

1、饿汉式实现（单例对象立即加载）

例1：

    /**
     * 饿汉式单例模式
     * @author qjc
     */
    public class SingletonDemo1 {
    
        //类初始化时立即加载这个对象（没有延时加载的优势）。加载时，天然的是线程安全的！
        private static SingletonDemo1 instance = new SingletonDemo1();
        
        //构造私有防止外部创建对象
        private SingletonDemo1() {
        }
        
        //方法没有同步，调用效率高
        public static SingletonDemo1 getInstance(){
            return instance;
        }
    }

小结:

• 饿汉式单例模式代码中，static变量会在类装载时初始化，此时也不会涉及多个线程对象访问该对象的问题。虚拟机保证只会装载一次该类，肯定不会发生并发访问的问题。因此，可以省略synchronized关键字
• 问题：

如果只是加载本类，而不是要调用getInstance()，甚至永远没用调用，则会造成资源浪费

2、懒汉式实现（单例对象延迟加载）

例2:

    /**
     * 懒汉式单例模式
     * @author qjc
     */
    public class SingletonDemo2 {
        
        //延迟加载，用的时候在创建
        private static SingletonDemo2 instance;
        
        //构造私有化
        private SingletonDemo2() {
        }
        
        //方法同步，调用效率低
        public static synchronized SingletonDemo2 getInstance(){
            if(instance==null){
                instance = new SingletonDemo2();
            }
            return instance;
        }
    }

小结：

• 优点：
• lazy load! 延迟加载，懒加载！真正用的时候才加载
• 问题：
• 资源利用率高了，但是每次调用getInstance()方法都要同步，并发效率较低。

3、双重检测锁实现

例3：

    /**
     * 双重检测锁实现单例模式
     * @author qjc
     */
    public class SingletonDemo3 {
        
        //延迟加载，用的时候在创建
        private static SingletonDemo3 instance;
        
        //构造私有化
        private SingletonDemo3() {
        }
        
        //方法同步双重校验锁
        public static synchronized SingletonDemo3 getInstance(){
            if(instance==null){
                synchronized (SingletonDemo3.class) {
                    if(instance==null){
                        instance = new SingletonDemo3();
                    }
                }
            }
            return instance;
        }
    }

小结：

• 说明：
• 这个模式将同步内容下方到if内部，提供了执行的效率，不必每次获取对象时都进行同步，只有第一步才同步，创建了以后就没必要了。
• 问题：
• 由于编译器优化原因和JVM底层内部模型原因，偶尔会出问题，不建议使用。

4、静态内部类实现方式（也是一种懒加载方式）

例4：

    /**
     * 静态内部类实现单例模式
     * 线程安全、调用效率高、实现了延时加载
     * @author qjc
     */
    public class SingletonDemo4 {
        
        //构造私有化
        private SingletonDemo4() {
        }
        
        //final 可不加
        private static class SingletonClassInstance{
            private static final  SingletonDemo4 instance = new SingletonDemo4();
        }
        
        public static SingletonDemo4 getInstance(){
            return SingletonClassInstance.instance;
        }
    }

小结：

• 外部类有没static属性，则不会像饿汉式那样立即加载对象
• 只有真正调用getInstance()，才会加载静态内部类。加载类时是线程安全的。instance是static final类型，保证了内存中只有这样一个实例存在，而且只能被赋值一次，从而保证了线程安全性。
• 兼备了并发高效率调用和延迟加载的优势！

5、使用枚举实现单例模式

例5：

    /**
     * 使用枚举实现单例模式
     * 没有延时加载
     * @author qjc
     */
    public enum SingletonDemo5 {
        
        //这个枚举元素，本身就是单例对象
        INSTANCE;
        
        //添加自己需要的操作
        public void singletonOperation(){
            
        }
    }

小结:

• 优点：
• 实现简单
• 枚举本身就是单例模式。由JVM从根本上提供保障！避免通过反射和反序列化的漏洞！
• 缺点：
• 无延迟加载
• 问题:
• 反射可以破解上面几种实现方式！（可以再构造方法中手动抛出异常控制）
• 反序列化可以破解上面几种实现方式！
• 可以通过定义readResolve()防止获得不同对象。
• 反序列化时，如果对象所在类定义了readResolve（），（实际是一种回调），定义返回哪个对象。