单例模式 (Singleton)

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基本介绍

结构图

具体实现

懒汉式单例

饿汉式单例

计算机系统中的单例模式

应用场景

应用实例

基本介绍

概述：保证一个类仅有一个实例，并提供一个访问它的全局访问点。

特点：

• 单例类只有一个实例对象
• 该单例对象必须由单例类自行创建
• 单例类对外提供一个访问该单例的全局访问点

优点：

• 保证内存里只有一个实例，减少了内存的开销
• 可以避免对资源的多重占用
• 设置全局访问点，可以优化和共享资源的访问

缺点：

• 一般没有接口，扩展困难。如果要扩展，则除了修改原来的代码，没有第二种途径，违背开闭原则
• 并发测试中，单例模式不利于代码调试。在调试过程中，如果单例中的代码没有执行完，也不能模拟生成一个新的对象
• 单例模式的功能代码通常写在一个类中，如果功能设计不合理，则很容易违背单一职责原则

结构图

具体实现

懒汉式单例

概述：类加载时没有生成单例，只有当第一次调用 getlnstance 方法时才去创建这个单例。

代码实现：

//懒汉式
public class LazySingleton {
    //保证 instance 在所有线程中同步
    private static volatile LazySingleton instance = null;

    //private 避免类在外部被实例化
    private LazySingleton() {
    }

    public static synchronized LazySingleton getInstance() {
        //getInstance 方法前加同步
        if (instance == null) {
            instance = new LazySingleton();
        }
        return instance;
    }
}

注意：如果编写的是多线程程序，则不要删除上例代码中的关键字 volatile 和 synchronized，否则将存在线程非安全的问题。如果不删除这两个关键字就能保证线程安全，但是每次访问时都要同步，会影响性能，且消耗更多的资源，这是懒汉式单例的缺点。

饿汉式单例

概述：类一旦加载就创建一个单例，保证在调用 getInstance 方法之前单例已经存在了。

代码实现：

//饿汉式
public class HungrySingleton {
    private static final HungrySingleton instance = new HungrySingleton();
    private HungrySingleton() {
    }
    public static HungrySingleton getInstance() {
        return instance;
    }
}

特点：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，所以是线程安全的，可以直接用于多线程而不会出现问题。

计算机系统中的单例模式

Windows 的回收站、操作系统中的文件系统、多线程中的线程池、显卡的驱动程序对象、打印机的后台处理服务、应用程序的日志对象、数据库的连接池、网站的计数器、Web 应用的配置对象、应用程序中的对话框、系统中的缓存。

应用场景

• 需要频繁创建的一些类，使用单例可以降低系统的内存压力，减少垃圾回收GC (Garbage Collection)。
• 某类只要求生成一个对象的时候，如一个班中的班长、每个人的身份证号等。
• 某些类创建实例时占用资源较多，或实例化耗时较长，且经常使用。
• 某类需要频繁实例化，而创建的对象又频繁被销毁的时候，如多线程的线程池、网络连接池等。
• 频繁访问数据库或文件的对象。
• 对于一些控制硬件级别的操作，或者从系统上来讲应当是单一控制逻辑的操作，如果有多个实例，则系统会完全乱套。
• 当对象需要被共享的场合。由于单例模式只允许创建一个对象，共享该对象可以节省内存，并加快对象访问速度。如 Web 中的配置对象、数据库的连接池等。

应用实例

【例】用懒汉式单例模式模拟产生美国当今总统对象。
结构图

代码实现：

//总统类
class President {
    //保证 instance 在所有线程中同步
    private static volatile President instance = null;

    //private 避免类在外部被实例化
    private President() {
        System.out.println("产生一个总统！");
    }

    public static synchronized President getInstance() {
        //在 getInstance 方法上加同步
        if (instance == null) {
            instance = new President();
        } else {
            System.out.println("已经有一个总统，不能产生新总统！");
        }
        return instance;
    }
    public void getName() {
        System.out.println("我是美国总统：特朗普。");
    }
}

//测试类
public class SingletonLazy {
    public static void main(String[] args) {
        President zt1 = President.getInstance();
        zt1.getName();    //输出总统的名字
        President zt2 = President.getInstance();
        zt2.getName();    //输出总统的名字
        if (zt1 == zt2) {
            System.out.println("他们是同一人！");
        } else {
            System.out.println("他们不是同一人！");
        }
    }
}

运行结果：

产生一个总统！
我是美国总统：特朗普。
已经有一个总统，不能产生新总统！
我是美国总统：特朗普。
他们是同一人！

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