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[Java教程]GOF设计模式之1:单例设计模式


1.单例设计模式核心作用:

保证一个类只有一个实例,并且提供了访问该实例的全局访问点

2.常见应用场景:

  • window的任务管理器
  • 项目中读取配置文件一般也是一个单例模式
  • 数据库连接池的设计也是采用单例模式,因为数据库连接是一种数据库资源
  • 操作系统的文件管理系统,也是单例模式,一个操作系统只能有一个文件系统
  • Application也是单例的应用(Servlet编程或者Android的Application类)
  • 在Spring中,每个bean默认也是单例的,这样的有点儿事Spring容器可以管理
  • 在Servlet编程中每个Servlet也是单例的
  • 在Spring MVC和Struts1框架中控制器对象也是单例

3.单例模式的优点

  • 由于单例模式只生产一个对象,减少了系统开销,当一个对象的产生需要的资源比较多的时候,比如读取配置文件、产生其它依赖对象时,则可以在应用启动的时候直接产生一个单例对象,然后永久驻存内存的方式来解决。
  • 单例模式可以在系统设置全局访问点,优化共享资源的访问。例如可以设计一个单例类,负责所有数据表的映射。

4.常见5中单例模式的实现方式:

主要

饿汉式:线程安全,调用效率高。但是不能延时加载

懒汉式:线程安全,调用效率不高。但是可以延迟加载

其它:

双重检锁式:由于JVM底层内部模型的原因,偶尔会出现问题,不建议使用

静态内部类式:线程安全,调用效率高,而且可以延迟加载

枚举单例:线程安全,调用效率高,不可延迟加载

饿汉式的示例代码:

public class Singleton01 {  //类初始化的时候,立即加载这个对象(没有延时加载的优势)。加载类时,是线程安全的  private static Singleton01 instance = new Singleton01();  private Singleton01(){}  //方法没有同步调用效率高  public static Singleton01 getInstance(){    return instance;  }}

 

饿汉式单例模式的代码中,static变量会在类装载的时候进行初始化,此时不会涉及到多个线程对象访问该对象的问题。虚拟机会保证只会装载一次该类,肯定不会发生并发访问的问题,因此可以省略synchronized关键字

问题:如果仅仅是加载本类,而不是要调用getInstance,甚至永远都没有调用,则会造成资源浪费。

懒汉式的示例代码

 1 package com.chunjiangchao.pattern.singleton; 2 /** 3  * 测试懒汉式单例模式 4 */ 5 public class Singleton02 { 6   //类初始化的时候,不初始化这个对象(延时加载,真正用的时候再创建)。 7   private static Singleton02 instance = null; 8   private Singleton02(){} 9   ////方法同步,调用效率低!10   public static synchronized Singleton02 getInstance(){11     if(instance == null)12       instance = new Singleton02();13     return instance;14   }15 }

 

要点:延迟加载,懒加载真正用到的时候才会选择加载

问题:

资源利用率高了,但是每次调用getInstance()方法都要同步,并发效率较低。

双重检锁实现

 1 package com.chunjiangchao.pattern.singleton; 2 /** 3  * 测试DCL(双重检锁)单例模式 4  *  5 */ 6 public class Singleton03 { 7   //类初始化的时候,不初始化这个对象(延时加载,真正用的时候再创建)。 8   private volatile static Singleton03 instance = null; 9   private Singleton03(){}10   ////代码块同步,调用效率要比同步方法要快一些,由于JVM的原因在高并发的情况下会出现问题11   public static Singleton03 getInstance(){12     if(instance == null){13       synchronized (Singleton03.class) {14         if(instance == null)15           instance = new Singleton03();16       }17     }18     return instance;19   }20 }

 

提高了执行 的效率,不必每次获取对象的时候都要进行同步,只有第一次才会进行同步创建。

问题:

由于编译器优化的原因和JVM底层内部模型原因,偶尔会出现问题,不建议使用。但是我们可以在instance前面添加volatile关键字,这样就没问题了。

静态内部类实现方式:(懒加载方式)

 1 package com.chunjiangchao.pattern.singleton; 2 /** 3  * 静态内部类单例模式 4  * 这种方式:线程安全,调用效率高,并且实现了延时加载! 5 */ 6 public class Singleton04 { 7   private Singleton04(){} 8   public static Singleton04 getInstance(){ 9     return Inner.instance;10   }11   private static class Inner{12     private static final Singleton04 instance = new Singleton04();13   }14 }

 

外部类没有static属性,则不会像饿汉式那样,上来就把对象造出来了

只有真正调用getInstance才会加载静态内部类。加载类时是线程安全的。instance 是static final类型,保证了内存中只有这样一个实例存在,而且只被赋值一次,从而保证了线程安全性。

兼并并发高效调用和延迟加载的优势。

换一句户说:静态内部有具备饿汉式和延迟加载的优势。

枚举实现单例:

 1 package com.chunjiangchao.pattern.singleton; 2 /** 3  * 枚举式实现单例模式(没有延时加载) 4 */ 5 public enum Singleton05 { 6   instance;//这个枚举元素,本身就是单例对象! 7   public void operation(){ 8     //添加需要的操作 9   }10 }

 

优点:实现简单;枚举本身就是单例。由JVM从根本上提供保障。避免反射和序列化的漏洞

缺点:无延迟加载

5.如何选用这五种单例模式?

单例对象占用资源少,不需要延迟加载:

枚举好于饿汉式

单例对象占用资源大,需要延迟加载

静态内部类好于懒汉式

6.问题

反射可以破解上面(不包含枚举)的实现方式(防止的做法是在构造方法中手动抛出异常)

反序列化可以破解(不包含枚举)的实现方式

可以通过定义readResolve防止获得不同对象。反序列化的时候,如果对象所在的类定义了readResolve()方法(一种回调方法),返回自己创建的那个对象。