創建型設計模式--單例模式

来源:https://www.cnblogs.com/l-y-h/archive/2019/08/02/11290728.html
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一、單例模式 1、什麼是單例模式 採取一定的方法，使程式中的某個類只存在一個實例對象，且該類對外提供一個獲取該對象的方法（一般為靜態方法）。 2、單例模式分類 （1）餓漢式（2種寫法，線程安全） 靜態變數 靜態代碼塊 （2）懶漢式（3種寫法） 線程不安全 線程安全，同步方法 線程安全，同步代碼塊（不 ...


一、單例模式

1、什麼是單例模式

　　採取一定的方法，使程式中的某個類只存在一個實例對象，且該類對外提供一個獲取該對象的方法（一般為靜態方法）。

2、單例模式分類

（1）餓漢式（2種寫法，線程安全）
　　靜態變數
　　靜態代碼塊

（2）懶漢式（3種寫法）
　　線程不安全
　　線程安全，同步方法
　　線程安全，同步代碼塊（不推薦使用）

（3）雙重檢查（推薦使用）
（4）靜態內部類（推薦使用）
（5）枚舉（推薦使用）

3、餓漢式單例模式（靜態常量版）

（1）步驟：
　　step1：構造器私有化（防止通過new創建實例對象）
　　step2：在類的內部創建實例對象。
　　step3：向外暴露一個靜態的公共方法用於獲取實例對象。
（2）代碼實現：

package singleton.pattern.demo1;

/**
 * 演示 餓漢式單例模式，靜態變數版
 *
 */
public class Demo {
    public static void main(String[] args) {
        Singleton singleton1 = Singleton.getSingleTon();
        Singleton singleton2 = Singleton.getSingleTon();
        System.out.println(singleton1 == singleton2); // 由於獲取的為同一個對象，所以輸出為true
    }
}

/**
 * 餓漢式單例模式，靜態變數版
 */
class Singleton {
    // 在類的內部創建實例對象。使用靜態變數，只被載入一次。
    private static Singleton singleton = new Singleton();

    /**
     * 構造器私有化（防止通過new創建實例對象）
     */
    private Singleton() {
    }

    /**
     * 向外暴露一個靜態的公共方法用於獲取實例對象。
     * 
     * @return 實例對象
     */
    public static Singleton getSingleTon() {
        return singleton;
    }
}

（3）優缺點：
　　優點：寫法簡單，在類裝載時完成了實例化，避免線程同步問題。
　　缺點：在類裝載前完成實例化，沒有實現懶載入（Lazy Loading），可能造成記憶體的浪費（比如從不使用該類時會造成記憶體的浪費）。

（4）UML圖:

 

4、餓漢式單例模式（靜態代碼塊）

（1）步驟：
　　step1：構造器私有化（防止通過new創建實例對象）
　　step2：在類的內部聲明實例對象，併在靜態代碼塊中實例化對象。
　　step3：向外暴露一個靜態的公共方法用於獲取實例對象。
（2）代碼實現：

package singleton.pattern.demo2;

/**
 * 演示 餓漢式單例模式，靜態代碼塊版
 *
 */
public class Demo {
    public static void main(String[] args) {
        Singleton singleton1 = Singleton.getSingleTon();
        Singleton singleton2 = Singleton.getSingleTon();
        System.out.println(singleton1 == singleton2); // 由於獲取的為同一個對象，所以輸出為true
    }
}

/**
 * 餓漢式單例模式，靜態代碼塊版
 */
class Singleton {
    // 在類的內部聲明一個實例對象
    private static Singleton singleton;

    static {
        // 在代碼塊中實例化一個對象，同樣只載入一次
        singleton = new Singleton();
    }

    /**
     * 構造器私有化（防止通過new創建實例對象）
     */
    private Singleton() {
    }

    /**
     * 向外暴露一個靜態的公共方法用於獲取實例對象。
     * 
     * @return 實例對象
     */
    public static Singleton getSingleTon() {
        return singleton;
    }
}

（3）優缺點同上例 餓漢式單例模式（靜態常量版）

5、懶漢式單例模式（線程不安全）

（1）步驟：
　　step1：構造器私有化（防止通過new創建實例對象）
　　step2：在類的內部聲明實例對象。
　　step3：向外暴露一個靜態的公共方法用於獲取實例對象，在調用該方法時，才去創建實例對象。
（2）代碼實現：

package singleton.pattern.demo3;

/**
 * 演示 懶漢式單例模式，線程不安全版
 *
 */
public class Demo {
    public static void main(String[] args) {
        Singleton singleton1 = Singleton.getSingleTon();
        Singleton singleton2 = Singleton.getSingleTon();
        System.out.println(singleton1 == singleton2); // 由於獲取的為同一個對象，所以輸出為true
    }
}

/**
 * 懶漢式單例模式，線程不安全版
 */
class Singleton {
    // 在類的內部聲明一個實例對象
    private static Singleton singleton;

    /**
     * 構造器私有化（防止通過new創建實例對象）
     */
    private Singleton() {
    }

    /**
     * 向外暴露一個靜態的公共方法用於獲取實例對象。 當調用該方法時，才去檢查並創建一個實例對象。
     * 
     * @return 實例對象
     */
    public static Singleton getSingleTon() {
        if (singleton == null) {
            singleton = new Singleton();
        }
        return singleton;
    }
}

（3）優缺點：
　　優點：實現了懶載入。
　　缺點：只能在單線程下使用，比如線程A與線程B併發執行到 if (singleton == null)， 此時便會產生多個實例對象。

6、懶漢式單例模式（線程安全，同步方法）

（1）步驟：
　　step1：構造器私有化（防止通過new創建實例對象）
　　step2：在類的內部聲明實例對象。
　　step3：向外暴露一個靜態的公共方法（給靜態方法加個synchronized關鍵字，解決同步問題）用於獲取實例對象，在調用該方法時，才去創建實例對象。
（2）代碼實現：

package singleton.pattern.demo4;

/**
 * 演示 懶漢式單例模式，線程安全,同步方法版
 *
 */
public class Demo {
    public static void main(String[] args) {
        Singleton singleton1 = Singleton.getSingleTon();
        Singleton singleton2 = Singleton.getSingleTon();
        System.out.println(singleton1 == singleton2); // 由於獲取的為同一個對象，所以輸出為true
    }
}

/**
 * 懶漢式單例模式，線程安全,同步方法版
 */
class Singleton {
    // 在類的內部聲明一個實例對象
    private static Singleton singleton;

    /**
     * 構造器私有化（防止通過new創建實例對象）
     */
    private Singleton() {
    }

    /**
     * 向外暴露一個靜態的公共方法用於獲取實例對象，並給方法加個synchronized關鍵字，解決同步的問題。
     * 當調用該方法時，才去檢查並創建一個實例對象。
     * 
     * @return 實例對象
     */
    public static synchronized Singleton getSingleTon() {
        if (singleton == null) {
            singleton = new Singleton();
        }
        return singleton;
    }
}

（3）優缺點：
　　優點：實現了懶載入，解決了線程不安全的問題。
　　缺點：效率太低，每個線程想獲取實例對象時，均會觸發同步方法，此時會等待前一個線程調用結束後才能使用，使效率低。

 

7、懶漢式單例模式（同步代碼塊方法，線程不一定安全）

（1）步驟：
　　step1：構造器私有化（防止通過new創建實例對象）
　　step2：在類的內部聲明實例對象。
　　step3：向外暴露一個靜態的公共方法（在靜態方法內部定義一個代碼塊，解決同步問題）用於獲取實例對象，在調用該方法時，才去創建實例對象。
（2）代碼實現：

package singleton.pattern.demo5;

/**
 * 演示 懶漢式單例模式，線程不一定安全,同步代碼塊版
 *
 */
public class Demo {
    public static void main(String[] args) {
        Singleton singleton1 = Singleton.getSingleTon();
        Singleton singleton2 = Singleton.getSingleTon();
        System.out.println(singleton1 == singleton2); // 由於獲取的為同一個對象，所以輸出為true
    }
}

/**
 * 懶漢式單例模式，線程不一定安全,同步代碼塊版
 */
class Singleton {
    // 在類的內部聲明一個實例對象
    private static Singleton singleton;

    /**
     * 構造器私有化（防止通過new創建實例對象）
     */
    private Singleton() {
    }

    /**
     * 向外暴露一個靜態的公共方法用於獲取實例對象，在方法內部加個同步代碼塊。 當調用該方法時，才去檢查並創建一個實例對象。
     * 
     * @return 實例對象
     */
    public static Singleton getSingleTon() {
        if (singleton == null) {
            synchronized (Singleton.class) {
                singleton = new Singleton();
            }
        }
        return singleton;
    }
}

（3）優缺點：
　　優點：優化了了上例 懶漢式單例模式（線程安全，同步方法） 的效率問題。
　　缺點：能滿足大部分線程安全的情況，但是若線程A與線程B併發執行到 if (singleton == null)，此時同步代碼塊的作用就不存在了， 會產生多個實例對象。

 

8、雙重檢查（Double Check）

（1）步驟：
　　step1：構造器私有化（防止通過new創建實例對象）
　　step2：在類的內部聲明實例對象，並使用volatile關鍵字（保證可見性，且防止因JVM指令重排使代碼執行順序不對，從而導致代碼執行有誤）。
　　step3：向外暴露一個靜態的公共方法（在靜態方法內部定義一個代碼塊，解決同步問題）用於獲取實例對象，在調用該方法時，才去創建實例對象。在上例 懶漢式單例模式（同步代碼塊方法，線程不一定安全） 的基礎上，給同步代碼塊內部加個檢查處理。
（2）代碼實現：

package singleton.pattern.demo6;

/**
 * 演示 單例模式，雙重檢查版
 *
 */
public class Demo {
    public static void main(String[] args) {
        Singleton singleton1 = Singleton.getSingleTon();
        Singleton singleton2 = Singleton.getSingleTon();
        System.out.println(singleton1 == singleton2); // 由於獲取的為同一個對象，所以輸出為true
    }
}

/**
 * 單例模式，雙重檢查版
 */
class Singleton {
    // 在類的內部聲明一個實例對象
    private static volatile Singleton singleton;

    /**
     * 構造器私有化（防止通過new創建實例對象）
     */
    private Singleton() {
    }

    /**
     * 向外暴露一個靜態的公共方法用於獲取實例對象，在方法內部加個同步代碼塊，在代碼塊內部增加一個檢查處理。 當調用該方法時，才去檢查並創建一個實例對象。
     * 
     * @return 實例對象
     */
    public static Singleton getSingleTon() {
        if (singleton == null) {
            synchronized (Singleton.class) {
                if (singleton == null) {
                    singleton = new Singleton();
                }
            }
        }
        return singleton;
    }
}

（3）優缺點：
　　優點：線程安全，延遲載入，效率高。常用於多線程開發。

 

9、靜態內部類

（1）步驟：
　　step1：構造器私有化（防止通過new創建實例對象）
　　step2：在類的內部定義一個靜態內部類（只有被調用時，才會被載入），併在內部類中實例化對象。
　　step3：向外暴露一個靜態的公共方法，併在方法中調用靜態內部類，用於獲取實例對象。
（2）代碼實現：

package singleton.pattern.demo7;

/**
 * 演示 單例模式，靜態內部類版
 *
 */
public class Demo {
    public static void main(String[] args) {
        Singleton singleton1 = Singleton.getSingleTon();
        Singleton singleton2 = Singleton.getSingleTon();
        System.out.println(singleton1 == singleton2); // 由於獲取的為同一個對象，所以輸出為true
    }
}

/**
 * 單例模式，靜態內部類版
 */
class Singleton {
    /**
     * 構造器私有化（防止通過new創建實例對象）
     */
    private Singleton() {
    }

    /**
     * 靜態內部類，在被調用的時候才會被載入，實現懶載入。 且內部使用靜態常量實例化一個對象，保證了線程安全問題。
     */
    public static class SingleTonInstance {
        public static final Singleton INSTANCE = new Singleton();
    }

    /**
     * 向外暴露一個靜態的公共方法用於獲取實例對象，在方法內部加個同步代碼塊，在代碼塊內部增加一個檢查處理。 當調用該方法時，才去檢查並創建一個實例對象。
     * 
     * @return 實例對象
     */
    public static Singleton getSingleTon() {
        return SingleTonInstance.INSTANCE; // 調用靜態內部類的靜態屬性
    }
}

（3）優缺點：
　　優點：利用JVM的類載入機制，保證了實例化對象時只有一個線程，從而線程安全。在被調用時靜態內部類才會被載入並實例化對象，從而實現懶載入，效率高。

（4）UML圖：

 

10、枚舉

（1）步驟：
　　step1：定義一個枚舉類型。
　　step2：調用即可
（2）代碼實現：

package singleton.pattern;

/**
 * 演示 單例模式，枚舉版
 *
 */
public class Demo {
    public static void main(String[] args) {
        SingleTon singleton1 = SingleTon.INSTACNE;
        SingleTon singleton2 = SingleTon.INSTACNE;
        System.out.println(singleton1 == singleton2); // 由於獲取的為同一個對象，所以輸出為true
    }
}

/**
 * 單例模式，枚舉版
 */
enum SingleTon {
    INSTACNE;
    public void show() {
        System.out.println("hello world");
    }
}

（3）優缺點：
　　優點：使用枚舉類型創建（enum本質是個繼承java.lang.Enum類的final class），保證線程安全，且可以防止反序列化重新創建新的對象。

 

11、JDK中的單例模式舉例（Runtime）

（1）部分源碼

public class Runtime {
    private static Runtime currentRuntime = new Runtime();

    /**
     * Returns the runtime object associated with the current Java application.
     * Most of the methods of class <code>Runtime</code> are instance
     * methods and must be invoked with respect to the current runtime object.
     *
     * @return  the <code>Runtime</code> object associated with the current
     *          Java application.
     */
    public static Runtime getRuntime() {
        return currentRuntime;
    }

    /** Don't let anyone else instantiate this class */
    private Runtime() {} 
}

（2）可以看到上述代碼中採用的是 餓漢式單例模式（靜態變數版）。

12、單例模式使用註意

（1）當頻繁創建、銷毀某個對象時，可以採用單例模式。
（2）使用單例模式時，需調用相關方法獲取實例，而不是通過new。
（3）當創建對象消耗資源過多時，但又經常使用時，可以採用單例模式創建。

 


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