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GOF设计模式之单例设计模式


 

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:

复制代码
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;
    }
}
复制代码
 

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

复制代码
 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 }
复制代码
 

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

复制代码
 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 }
复制代码
 

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)

复制代码
 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 }
复制代码
 

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:

复制代码
 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 }
复制代码
 

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。