设计模式——单例模式详解

目录

设计模式类型

设计模式分为三种类型,共23种

  • 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
  • 结构性模式: 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

单例模式

所谓类的单例设计模式,就是采取一定的方法保证在整个系统中,对某个类 只能存在一个对象实例,并且该类值提供一个取得对象实例的方法(静态方法)

单例模式方式

饿汉式

静态常量方式
java 复制代码
package 单例模式.饿汉式;

/**
 * @author Han
 * @data 2023/10/27
 * @apiNode
 */
public class Test1 {
    public static void main(String[] args) {
        Obj obj1 = Obj.getObj();
        Obj obj2 = Obj.getObj();
        // 因为是单例模式所以这两个对象是同一个,所以返回true
        System.out.println(obj1 == obj2);

    }
}

class Obj {
    // 创建一个私有的静态对象
    private final static Obj obj = new Obj();

    // 将构造方法私有化
    private Obj() {

    }

    // 提供静态公共方法将这个对象返回
    public static Obj getObj() {
        return obj;
    }

}
静态代码块形式
java 复制代码
package 单例模式.饿汉式;

/**
 * 静态代码块方式
 *
 * @author Han
 * @data 2023/10/27
 * @apiNode
 */
public class Test2 {
    public static void main(String[] args) {
        Obj2 obj21 = Obj2.getObj();
        Obj2 obj22 = Obj2.getObj();
        // 因为是单例模式所以这两个对象是同一个,所以返回true
        System.out.println(obj21 == obj22);

    }
}

class Obj2 {
    // 声明一个私有的静态对象
    private static Obj2 obj2;

    static {
        // 在静态代码块中创建对象
        obj2 = new Obj2();
    }
    // 将构造方法私有化
    private Obj2() {

    }
    // 提供静态公共方法将这个对象返回
    public static Obj2 getObj() {
        return obj2;
    }

}

优缺点说明:

  • 优点:写法简单,在类装载是完成实例化,避免了线程同步问题
  • 却爱:在类转载的时候就完成实例化,没有达到lazy loading的效果,如果从始至终都没有用过这个实例,则会造成内存的浪费
  • 这种法方式居于classloder机制避免了多线程的同步问题,不过 obj 是在类装载是就实例化了,在单例模式中大多都是调用getObj方法
  • 结论:这种单例模式可用,可能会造成内存浪费

懒汉式

线程不安全(不推荐)
java 复制代码
package 单例模式.懒汉式;

/**
 * 这种方式是线程不安全的
 * 原因在于在多线程状态下,if判断条件,
 * 可以能会出现第一个对象还未创建,第二个线程就去判断
 * 而发生创建多个对象的情况
 * @author Han
 * @data 2023/10/27
 * @apiNode
 */
public class Test1 {
    public static void main(String[] args) {
        Obj obj1 = Obj.getObj();
        Obj obj2 = Obj.getObj();
        System.out.println(obj1 == obj2);
    }
}
class Obj {
    // 声明一个静态对象
    private static Obj obj;
    // 私有化构造函数
    private Obj() {}
    // 提供获取单例对象的方法
    public static Obj getObj(){
        // 如果还没有创建对象再去创建,不会发生内存的浪费
        if (obj == null) {
            obj = new Obj();
        }
        return obj;
    }
}

优缺点说明

  • 起到了lazy loading的效果,但是只能在单线程下使用
  • 如果在多线程下使用,一个线程进入了if(obi == null)判断语句块,还未来的及王往下执行,另一个线程也通过这个判断语句,这是会发生创建多个实例的错误,所以在多线程环境下不能使用
  • 结论:在实际开发中,不要使用这种方式
懒汉式优化(不推荐)

优化,加同步方法,解决线程不安全问题 存在效率问题

java 复制代码
package 单例模式.懒汉式;

/**
 * 这种方式虽然解决了线程安全问题
 * 但是效率很低
 * @author Han
 * @data 2023/10/27
 * @apiNode
 */
public class Test2 {
    public static void main(String[] args) {
        Obj2 obj1 = Obj2.getObj();
        Obj2 obj2 = Obj2.getObj();
        System.out.println(obj1 == obj2);
    }
}

class Obj2 {
    // 声明一个静态对象
    private static Obj2 obj;
    // 私有化构造函数
    private Obj2() {}
    // 提供获取单例对象的方法
    // 加入了同步处理的代码,解决线程安全问题
    public static synchronized Obj2 getObj(){
        // 如果还没有创建对象再去创建,不会发生内存的浪费
        if (obj == null) {
            obj = new Obj2();
        }
        return obj;
    }
}

优缺点说明

  • 解决了线程安全问题
  • 效率太低,每个线程在获得类的实例的时候,执行getObj方法都要进行同步,但是这个方法只需要执行一次实例化代码就够了,后面想要获取该实例直接return就行了,方法进行同步效率太低
  • 结论:在实际开发中,不推荐使用这中方式

双重检查(推荐方式)

java 复制代码
package 单例模式.双重检查;

import com.sun.org.apache.xpath.internal.operations.Variable;

/**
 * 双重检查
 * 解决线程安全问题,并且支持懒加载
 *
 * @author Han
 * @data 2023/10/27
 * @apiNode
 */
public class Test1 {
    public static void main(String[] args) {
        Obj obj1 = Obj.getObj();
        Obj obj2 = Obj.getObj();
        System.out.println(obj1 == obj2);
    }
}

class Obj {
    // 声明一个静态对象
    //  并且使Obj的对象的改变立即更新到内存,在下面的双重检查中判断是否为nul
    private static volatile Obj obj;

    // 私有化构造函数
    private Obj() {
    }

    // 提供获取单例对象的方法
    public static Obj getObj() {
        // 如果还没有创建对象再去创建,不会发生内存的浪费
        if (obj == null) {
            // 同步代码块
            synchronized (Obj.class) {
                // 再一次检查是否为null
                if (obj == null) {
                    obj = new Obj();
                }
            }
        }
        return obj;
    }
}

优缺点说明

  • 双重检查概念是多线程开发中常用到的,如代码中所示,我们进行了两次if (obj == null )的检查,这样就可以保证线程安全
  • 这样,实例化代码也只执行一次,后面再次访问时,判断if 直接return实例化对象,也避免了反复进行方法同步
  • 线程安全,延迟加载,效率较高
  • 结论:在开发中,推荐使用这种单例设计模式

静态内部类(推荐方式)

java 复制代码
package 单例模式.静态内部类;

import com.sun.org.apache.xpath.internal.operations.Variable;

/**
 * 静态内部类
 *
 * @author Han
 * @data 2023/10/27
 * @apiNode
 */
public class Test1 {
    public static void main(String[] args) {
        Obj obj1 = Obj.getObj();
        Obj obj2 = Obj.getObj();
        System.out.println(obj1 == obj2);
    }
}

class Obj {

    // 私有化构造函数
    private Obj() {
    }

    // 使用静态内部类
    public static Obj getObj() {
        // 使用静态内部类中属性
        // 类加载时是线程安全的
        return StaticObj.OBJ;
    }

    // 静态内部类在类加载时不会马上加载,解决懒加载
    // 只有使用到静态内部类中的属性时,静态内部类才会加载
    static class StaticObj {
        private static final Obj OBJ = new Obj();
    }
}

说明

  • 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Obj类被装载时不会立即实例化,而是在需要实例化时,调用getObj方法时,才会装载StaticObj类,从而完成Obj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
  • 优点;避免了线程不安全,利用静态内部类特点实现懒加载,效率高,
  • 结论:推荐使用

枚举方式(推荐方式)

java 复制代码
package 单例模式.枚举方式;

enum Type {

    INSTANCE,
    USER("小韩", 12, "学生");

    String name;
    String job;
    int i;

    Type(String name, int i, String job) {
        this.i = i;
        this.job = job;
        this.name = name;
    }

    Type() {
    }

    public void sayOk() {
        System.out.println("ok");
    }

    @Override
    public String toString() {
        return "Type{" +
                "name='" + name + '\'' +
                ", job='" + job + '\'' +
                ", i=" + i +
                '}';
    }
}

/**
 * @author Han
 * @data 2023/10/28
 * @apiNode
 */
public class Test {
    public static void main(String[] args) {
        Type instance = Type.INSTANCE;
        Type instance2 = Type.INSTANCE;
        Type user1 = Type.USER;
        Type user2 = Type.USER;
        System.out.println(Type.INSTANCE);
        System.out.println(Type.USER);
        System.out.println(instance == instance2); // true
        System.out.println(user2 == user1); // true
    }
}

优点说明

  • 借助了JDK1.5中添加的枚举来实现单例模式,不仅能避免多线程问题,而且还能防止反序列化重新创建新的对象
  • 这种方式推荐使用

单例模式在JDK中的使用

单例模式注意事项和细节说明

  • 单例模式保障了系统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对象 的使用,必须要记住使用相应的获取对象的方法,而不是使用new

单例模式的使用场景

  • 需要频繁的进行创建和销毁对象
  • 创建对象是耗时过多或者耗费资源过多,但是又经常使用到的对象,工厂类对象
  • 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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