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  • 单例设计模式

    23大设计模式之单例设计模式(Singleton Pattern)

    概念:
      java中单例模式是一种常见的设计模式,单例模式分三种:懒汉式单例、饿汉式单例、登记式单例三种。
      单例模式有以下特点:
      1、单例类只能有一个实例。
      2、单例类必须自己创建自己的唯一实例。
      3、单例类必须给所有其他对象提供这一实例。
      单例模式确保某个类只有一个实例,而且自行实例化并向整个系统提供这个实例。在计算机系统中,线程池、缓存、日志对象、对话框、打印机、显卡的驱动程序对象常被设计成单例。这些应用都或多或少具有资源管理器的功能。每台计算机可以有若干个打印机,但只能有一个Printer Spooler,以避免两个打印作业同时输出到打印机中。每台计算机可以有若干通信端口,系统应当集中管理这些通信端口,以避免一个通信端口同时被两个请求同时调用。总之,选择单例模式就是为了避免不一致状态,避免政出多头。

    一、懒汉式单例

    <span style="font-size:10px;">package com.lym.singleton;
    
    /**
     * 懒汉式:(延迟实例化)
     * 
     * 该类第一次被使用时创建该类的对象
     * @author Administrator
     *
     */
    public class SingletonDemo {
    	
    	//如果性能是你关心的重点,那么这个做法可以帮你大大地减少getInstance()的时间耗费。
    	private static SingletonDemo singleton = null;
    	private SingletonDemo(){}
    	
    	public static SingletonDemo getInstance(){
    		if(singleton==null){
    		<span style="white-space:pre">	</span>singleton = new SingletonDemo();
    		}
    		return singleton;
    	}
    	
    	//...其他方法
    }</span>

    Singleton通过将构造方法限定为private避免了类在外部被实例化,在同一个虚拟机范围内,Singleton的唯一实例只能通过getInstance()方法访问。

    (事实上,通过Java反射机制是能够实例化构造方法为private的类的,那基本上会使所有的Java单例实现失效。此问题在此处不做讨论,姑且掩耳盗铃地认为反射机制不存在。)

    但是以上懒汉式单例的实现没有考虑线程安全问题,它是线程不安全的。在后面我们会解决掉这个问题。


    二、饿汉式单例

    package com.lym.singleton;
    
    /**
     * 饿汉式:
     * 在类加载的时候创建对象
     * 
     * 如果应用程序总是创建并使用单件实例,或者在创建和运行时方面的负担不在繁重,你可能想要急切创建此单例,那么可以使用一下做法。
     * 利用这个做法,我们依赖JVM在加载这个类时马上创建唯一的单件实例。JVM保证在任何线程访问singleton静态变量之前,一定先创建此实例。
     * @author Administrator
     *
     */
    public class SingletonDemo2 {
    
    	private static SingletonDemo2 singleton = new SingletonDemo2();//在静态初始化器中创建单例。这段代码保证了线程安全
    	private SingletonDemo2(){}
    	
    	public static SingletonDemo2 getInstance(){
    		return singleton;//已经有实例了,可以直接使用
    	}
    	
    	//...其他方法...
    }
    
    饿汉式在类创建的同时就已经创建好一个静态的对象供系统使用,以后不再改变,是线程安全的。


    三、登记式单例

    //类似Spring里面的方法,将类名注册,下次从里面直接获取。
    public class Singleton3 {
        private static Map<String,Singleton3> map = new HashMap<String,Singleton3>();
        static{
            Singleton3 single = new Singleton3();
            map.put(single.getClass().getName(), single);
        }
        //保护的默认构造子
        protected Singleton3(){}
        //静态工厂方法,返还此类惟一的实例
        public static Singleton3 getInstance(String name) {
            if(name == null) {
                name = Singleton3.class.getName();
                System.out.println("name == null"+"--->name="+name);
            }
            if(map.get(name) == null) {
                try {
                    map.put(name, (Singleton3) Class.forName(name).newInstance());
                } catch (InstantiationException e) {
                    e.printStackTrace();
                } catch (IllegalAccessException e) {
                    e.printStackTrace();
                } catch (ClassNotFoundException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
            }
            return map.get(name);
        }
        //一个示意性的商业方法
        public String about() {    
            return "Hello, I am RegSingleton.";    
        }    
        public static void main(String[] args) {
            Singleton3 single3 = Singleton3.getInstance(null);
            System.out.println(single3.about());
        }
    }

     登记式单例实际上维护了一组单例类的实例,将这些实例存放在一个Map(登记薄)中,对于已经登记过的实例,则从Map直接返回,对于没有登记的,则先登记,然后返回。 


    饿汉式和懒汉式区别

    这两种乍看上去非常相似,其实是有区别的,主要两点

    1、线程安全:

    饿汉式是线程安全的,可以直接用于多线程而不会出现问题,懒汉式就不行,它是线程不安全的,如果用于多线程可能会被实例化多次,失去单例的作用。

    如果要把懒汉式用于多线程,有两种方式保证安全性,一种是在getInstance方法上加同步synchronized,另一种是在使用该单例方法前后加双锁。

    2、资源加载:

    饿汉式在类创建的同时就实例化一个静态对象出来,不管之后会不会使用这个单例,会占据一定的内存,相应的在调用时速度也会更快,

    而懒汉式顾名思义,会延迟加载,在第一次使用该单例的时候才会实例化对象出来,第一次掉用时要初始化,如果要做的工作比较多,性能上会有些延迟,之后就和饿汉式一样了。


    什么是线程安全?

    如果你的代码所在的进程中有多个线程在同时运行,而这些线程可能会同时运行这段代码。如果每次运行结果和单线程运行的结果是一样的,而且其他的变量的值也和预期的是一样的,就是线程安全的。

    或者说:一个类或者程序所提供的接口对于线程来说是原子操作,或者多个线程之间的切换不会导致该接口的执行结果存在二义性,也就是说我们不用考虑同步的问题,那就是线程安全的。


    懒汉式单例(线程安全的)

    package com.lym.singleton;
    
    /**
     * 懒汉式:(延迟实例化)
     * 
     * 该类第一次被使用时创建该类的对象
     * @author Administrator
     *
     */
    public class SingletonDemo {
    	
    	//volatile:volatile关键字确保当singleton对象变量被初始化成SingletonDemo实例时,多个线程正确地处理singleton变量。
    	//如果性能是你关心的重点,那么这个做法可以帮你大大地减少getInstance()的时间耗费。
    	private volatile static SingletonDemo singleton = null;
    	private SingletonDemo(){}
    	
    	//线程安全了
    	public static SingletonDemo getInstance(){
    		//双重检查加锁,保证只有一个实例
    		if(singleton==null){
    			synchronized (singleton) {
    				if(singleton==null){
    					singleton = new SingletonDemo();
    				}
    			}
    		}
    		return singleton;
    	}
    	
    	//...其他方法
    }
    
    在getInstance()方法中加双锁,并且把singleton静态变量用volatile修饰。

    改编自:http://blog.csdn.net/jason0539/article/details/23297037

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