设计模式之单例模式

Alienware^2023-08-25 8:19

文章目录

单例设计模式介绍

所谓类的单例设计模式，就是采取一定的方法保证在整个的软件系统中，对某个类只能存在一个对象实例，并且该类只提供一个取得其对象实例的方法(静态方法)。

比如 Hibernate 的 SessionFactory，它充当数据存储源的代理，并负责创建 Session 对象。SessionFactory 并不是轻量级的，一般情况下，一个项目通常只需要一个 SessionFactory 就够，这是就会使用到单例模式。

单例设计模式八种方式

单例模式有八种方式：

1， 饿汉式(静态常量)
2， 饿汉式（静态代码块）

3， 懒汉式(线程不安全)

4， 懒汉式(线程安全，同步方法)

5， 懒汉式(线程安全，同步代码块)
6， 双重检查
7， 静态内部类
8， 枚举

饿汉式（静态常量）

饿汉式（静态常量）应用实例

步骤如下：

  1. 构造器私有化 (防止 new )
  2. 类的内部创建对象
  3. 向外暴露一个静态的公共方法。getInstance
  4. 代码展示（无参构造）
java 复制代码 
package com.lh.singleton.type1;

//无参构造
public class Singleton1 {
	public static void main(String[] args) {
			
		Singleton instance = Singleton.getInstance();
		
		instance.show();
	}
}

class Singleton {

	// 1.构造器私有化，外部能new
	private Singleton() {

	}
	
	// 本类内部创建对象实例
	private final static Singleton instance = new Singleton();

	// 提供一个公共的静态方法，返回实例对象
	public static Singleton getInstance() {
		return instance;
	}
	
	public void show() {
		System.out.println("测试一下");
	}
}
  1. 代码展示（有参构造）
java 复制代码 
package com.lh.singleton.type1;

//有参构造
public class Singleton2 {
	public static void main(String[] args) {
			
		Singleton02 instance = Singleton02.getInstance("张三",23);
		Singleton02 instance2 = Singleton02.getInstance("李四",23);
		
		String name = instance.getName();
		int age = instance.getAge();
		System.out.println(name +" "+ age);
		
		System.out.println(instance.hashCode() == instance2.hashCode()); //true,可以自己拷贝代码测试，绝对是true，只调用一次，李四根本用不上
	}
}

class Singleton02 {
	
	// 1.构造器私有化，外部能new
	private static Singleton02 instance;
	
	private String name;
	private int age;
	
	//无参构造
	private Singleton02() {
		
	}
	
	// 开始有参构造
	private Singleton02(String name,int age) {
		this.name = name;
		this.age = age;
	}
	

	// 提供一个公共的静态方法，返回实例对象
	public static Singleton02 getInstance() {
		if (instance == null) {
			instance = new Singleton02();
		}
		return instance;
	}
	
	
	// 提供一个公共的静态方法，返回实例对象
	public static Singleton02 getInstance(String name,int age) {
		
		if (instance == null) {
			instance = new Singleton02(name, age);
					
		}

		return instance;
	}
	
	public void show() { System.out.println("测试一下"); }

	public String getName() { return name; }

	public void setName(String name) { this.name = name; }

	public int getAge() { return age; }

	public void setAge(int age) { this.age = age; }
}

优缺点说明：

  1. 优点：这种写法比较简单，就是在类装载的时候就完成实例化。避免了线程同步问题。
  2. 缺点：在类装载的时候就完成实例化，没有达到 Lazy Loading 的效果。如果从始至终从未使用过这个实例，则会造成内存的浪费
  3. 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
  4. 结论：这种单例模式可用，可能造成内存浪费

饿汉式（静态代码块）

不展示有参构造了，只展示无参构造

java 复制代码 
package com.lh.singleton.type2;

//无参构造
public class Singleton1 {
	public static void main(String[] args) {
			
		Singleton instance = Singleton.getInstance();
		
		instance.show();
	}
}

class Singleton {

	// 1.构造器私有化，外部能new
	private Singleton() {

	}
	
	// 本类内部创建对象实例
	private final static Singleton instance;
	
	//静态代码块
	static {
		instance = new Singleton();
	}

	// 提供一个公共的静态方法，返回实例对象
	public static Singleton getInstance() {

		return instance;
	}
	
	public void show() {
		System.out.println("测试一下");
	}
}

优缺点说明：

  1. 这种方式和上面的方式其实类似，只不过将类实例化的过程放在了静态代码块中，也是在类装载的时候，就执行静态代码块中的代码，初始化类的实例。优缺点和上面是一样的。
  2. 结论：这种单例模式可用，但是可能造成内存浪费

懒汉式(线程不安全)

java 复制代码 
package com.lh.singleton.type3;

//无参构造
public class Singleton1 {
	public static void main(String[] args) {
			
		Singleton instance = Singleton.getInstance();
		
		instance.show();
	}
}

class Singleton {
	
	// 1.构造器私有化，外部能new
	private Singleton() {

	}
	
	// 本类内部创建对象实例
	private static Singleton instance;
	
	//提供一个静态的公有方法，当使用到该方法时，才去创建 instance
	//即懒汉式
	public static Singleton getInstance() {
		//如果instance 变量为null,就创建一个instance对象，否则返回instance对象，确保全局只有一个
		if (instance == null) {
			instance = new Singleton();
		}
		
		return instance;
	}
	
	public void show() {
		System.out.println("测试一下");
	}
}

优缺点说明：

  1. 起到了 Lazy Loading 的效果，但是只能在单线程下使用。
  2. 如果在多线程下，一个线程进入了 if (singleton == null)判断语句块，还未来得及往下执行，另一个线程也通过了这个判断语句，这时便会产生多个实例。所以在多线程环境下不可使用这种方式
  3. 结论：在实际开发中，不要使用这种方式

懒汉式(线程安全，同步方法)

java 复制代码 
package com.lh.singleton.type4;

//无参构造
public class Singleton1 {
	public static void main(String[] args) {
			
		Singleton instance = Singleton.getInstance();
		
		instance.show();
	}
}

class Singleton {
	

	// 1.构造器私有化，外部能new
	private Singleton() {

	}
	
	// 本类内部创建对象实例
	private static Singleton instance;
	
	//提供一个静态的公有方法，并加入同步代码块，当使用到该方法时，才去创建 instance 
	//即懒汉式
	public static synchronized Singleton getInstance() {
		
		if (instance == null) {
			instance = new Singleton();
		}
		
		return instance;
	}
	
	public void show() {
		System.out.println("测试一下");
	}
}

优缺点说明：

  1. 解决了线程安全问题
  2. 效率太低了，每个线程在想获得类的实例时候，执行 getInstance()方法都要进行同步。而其实这个方法只执行一次实例化代码就够了，后面的想获得该类实例，直接 return 就行了。方法进行同步效率太低
  3. 结论：在实际开发中，不推荐使用这种方式

懒汉式(线程安全，同步代码块)

java 复制代码 
package com.lh.singleton.type5;

//无参构造
public class Singleton1 {
	public static void main(String[] args) {
			
		Singleton instance = Singleton.getInstance();
		
		instance.show();
	}
}

class Singleton {
	

	// 1.构造器私有化，外部能new
	private Singleton() {

	}
	
	// 本类内部创建对象实例
	private static Singleton instance;
	
	//提供一个静态的公有方法，当使用到该方法时，才去创建 instance 
	//即懒汉式
	public static Singleton getInstance() {
		
		if (instance == null) {
			//在静态代码块中判断，有则返回，无则创建
			synchronized (Singleton.class) {
				instance = new Singleton();
			}
		}
		
		return instance;
	}
	
	public void show() {
		System.out.println("测试一下");
	}
}

优缺点说明：

  1. 和上述一样，不推荐使用

双重检查

java 复制代码 
package com.lh.singleton.type6;

//无参构造
public class Singleton1 {
	public static void main(String[] args) {
			
		Singleton instance = Singleton.getInstance();
		
		instance.show();
	}
}

class Singleton {
	
	// 1.构造器私有化，外部能new
	private Singleton() {

	}
	
	// 本类内部创建对象实例
	private static volatile Singleton instance;
	
	//即懒汉式
	public static Singleton getInstance() {
		
		if (instance == null) {
			//提供一个静态的公有方法，加入双重检查代码，解决线程安全问题, 同时解决懒加载问题
			//同时保证了效率, 推荐使用
			synchronized (Singleton.class) {
				if (instance == null) {
					instance = new Singleton();
				}
			}
		}
		return instance;
	}
	
	public void show() {
		System.out.println("测试一下");
	}
}

优缺点说明：

  1. Double-Check 概念是多线程开发中常使用到的，如代码中所示，我们进行了两次 if (singleton == null)检查，这样就可以保证线程安全了。
  2. 这样，实例化代码只用执行一次，后面再次访问时，判断 if (singleton == null)，直接 return 实例化对象，也避免的反复进行方法同步.
  3. 线程安全；延迟加载；效率较高
  4. 结论：在实际开发中，推荐使用这种单例设计模式

静态内部类

代码展示：

java 复制代码 
package com.lh.singleton.type7;

//无参构造
public class Singleton1 {
	public static void main(String[] args) {
			
		Singleton instance = Singleton.getInstance();
		Singleton instance2 = Singleton.getInstance();
		
		System.out.println(instance.hashCode() == instance2.hashCode());
		instance.show();
	}
}

class Singleton {

	// 1.构造器私有化，外部能new
	private Singleton() {

	}
	
	// 本类内部创建对象实例
	private static volatile Singleton instance;
	
	//静态内部类，该类有一个静态属性Singleton
	public static class SingletonInstance {
		private final static Singleton instance = new Singleton();
	}
	
	//即懒汉式
	public static synchronized Singleton getInstance() {
		
		return SingletonInstance.instance;
	}
	
	public void show() {
		System.out.println("测试一下");
	}
}

优缺点说明：

  1. 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。

  2. 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。

  3. 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。

  4. 优点：避免了线程不安全，利用静态内部类特点实现延迟加载，效率高

  5. 结论：推荐使用.

枚举

java 复制代码 
package com.lh.singleton.type8;

//无参构造
public class Singleton1 {
	public static void main(String[] args) {
			
		Singleton instance = Singleton.INTANCE;
		Singleton instance2 = Singleton.INTANCE;
		
		System.out.println(instance.hashCode() == instance2.hashCode());
		instance.show();
	}
}

enum Singleton {

	INTANCE;
	
	public void show() {
		System.out.println("测试一下");
	}
}

优缺点说明：

  1. 这借助 JDK1.5 中添加的枚举来实现单例模式。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。
  2. 这种方式是 Effective Java 作者 Josh Bloch 提倡的方式
  3. 结论：推荐使用

单例模式在 JDK 应用

Runtime类就是一个常见的单例模式（饿汉式）

源码图如下：

单例模式注意事项和细节说明

  1. 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
  2. 当想实例化一个单例类的时候，必须要记住使用相应的获取对象的方法，而不是使用 new
  3. 单例模式使用的场景：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)
相关推荐
闲人一枚（学习中）1 分钟前
设计模式-创建型-原型模式
设计模式
哪 吒8 小时前
最简单的设计模式，抽象工厂模式，是否属于过度设计？
设计模式·抽象工厂模式
Theodore_10228 小时前
4 设计模式原则之接口隔离原则
java·开发语言·设计模式·java-ee·接口隔离原则·javaee
转世成为计算机大神11 小时前
易考八股文之Java中的设计模式？
java·开发语言·设计模式
小乖兽技术12 小时前
23种设计模式速记法
设计模式
小白不太白95013 小时前
设计模式之 外观模式
microsoft·设计模式·外观模式
小白不太白95013 小时前
设计模式之 原型模式
设计模式·原型模式
澄澈i13 小时前
设计模式学习[8]---原型模式
学习·设计模式·原型模式
小白不太白95020 小时前
设计模式之建造者模式
java·设计模式·建造者模式
孟秋与你1 天前
【spring】spring单例模式与锁对象作用域的分析
java·spring·单例模式
热门推荐
01(欧拉)openEuler系统添加网卡文件配置流程、(欧拉)openEuler系统手动配置ipv6地址流程、(欧拉)openEuler系统网络管理说明02PyTorch机器学习实现液态神经网络03【HarmonyOS】HUAWEI DevEco Studio 下载地址汇总04玄机平台应急响应—webshell查杀05Coze扣子平台完整体验和实践（附国内和国际版对比）06Ubuntu 20.04使用Livox mid 360 测试 FAST_LIO07【目标跟踪】相机运动补偿08Unity中PICO实现 隔空取物 和 接触抓取物体09RAG 实践- Ollama+RagFlow 部署本地知识库10量化方法怎么选？如何评估量化后的大模型LLM？