设计模式-单例模式

知识点

什么是单例模式？

单例模式（Singleton Pattern）是 Java 中最简单的设计模式之一。这种类型的设计模式属于创建型模式，它提供了一种创建对象的最佳方式。

这种模式涉及到一个单一的类，该类负责创建自己的对象，同时确保只有单个对象被创建。这个类提供了一种访问其唯一的对象的方式，可以直接访问，不需要实例化该类的对象。

单例模式有分为饿汉式和懒汉式

特点：

• 1、单例类只能有一个实例。
• 2、单例类必须自己创建自己的唯一实例。
• 3、单例类必须给所有其他对象提供这一实例。

应用实例：

• 1、一个班级只有一个班主任。
• 2、Windows 是多进程多线程的，在操作一个文件的时候，就不可避免地出现多个进程或线程同时操作一个文件的现象，所以所有文件的处理必须通过唯一的实例来进行。
• 3、一些设备管理器常常设计为单例模式，比如一个电脑有两台打印机，在输出的时候就要处理不能两台打印机打印同一个文件。

优点：

• 1、在内存里只有一个实例，减少了内存的开销，尤其是频繁的创建和销毁实例）。
• 2、避免对资源的多重占用（比如写文件操作）。

缺点：没有接口，不能继承，与单一职责原则冲突，一个类应该只关心内部逻辑，而不关心外面怎么样来实例化。

使用场景：

• 1、要求生产唯一序列号。
• 2、WEB 中的计数器，不用每次刷新都在数据库里加一次，用单例先缓存起来。
• 3、创建的一个对象需要消耗的资源过多，比如 I/O 与数据库的连接等。

注意事项：getInstance() 方法中需要使用同步锁 synchronized (Singleton.class) 防止多线程同时进入造成 instance 被多次实例化。

实例

单例模式-饿汉式

代码

//单例模式-饿汉式
public class SingletonDemo {
    public static void main(String[] args) {
        //编译错误：无法实例化
        // Singleton singleton = new Singleton();

        //正确获取对象的方法
        Singleton singleton = Singleton.getINSTANCE();
        singleton.hello();
    }
}

class Singleton{
    //创建一个本身对象
    private static final Singleton INSTANCE = new Singleton();

    //让构造方法为private，这样该类就不会被实例化
    private Singleton(){}

    //创建一个获取对象的方法
    public static Singleton getINSTANCE() {
        return INSTANCE;
    }

    public void hello(){
        System.out.println("Hello World! ——单例模式-饿汉式");
    }
}

结果

Hello World! ——单例模式-饿汉式

单例模式-懒汉式（线程不安全版）

这种方式是最基本的实现方式，这种实现最大的问题就是不支持多线程。因为没有加锁 synchronized，所以严格意义上它并不算单例模式。
这种方式 lazy loading 很明显，不要求线程安全，在多线程不能正常工作。

代码

//单例模式-懒汉式
public class SingletonDemo2 {
    public static void main(String[] args) {
        Singleton2 singleton = Singleton2.getInstance();
        singleton.hello();

    }

}

class Singleton2{
    private static Singleton2 instance;
    private Singleton2(){}

    public static Singleton2 getInstance() {
        if (instance == null){
            instance = new Singleton2();
        }
        return instance;
    }

    public void hello(){
        System.out.println("Hello World! ——单例模式-懒汉式");
    }
}

结果

Hello World! ——单例模式-懒汉式

单例模式-懒汉式（线程安全版）

描述：这种方式具备很好的 lazy loading，能够在多线程中很好的工作，但是，效率很低，99% 情况下不需要同步。
优点：第一次调用才初始化，避免内存浪费。
缺点：必须加锁 synchronized 才能保证单例，但加锁会影响效率。
getInstance() 的性能对应用程序不是很关键（该方法使用不太频繁）。

代码

//单例模式-懒汉式
public class SingletonDemo3 {
    public static void main(String[] args) {
        Singleton3 singleton = Singleton3.getInstance();
        singleton.hello();

    }

}

class Singleton3{
    private static Singleton3 instance;
    private Singleton3(){}

    public synchronized static Singleton3 getInstance() {
        if (instance == null){
            instance = new Singleton3();
        }
        return instance;
    }

    public void hello(){
        System.out.println("Hello World! ——单例模式-懒汉式");
    }
}

结果

Hello World! ——单例模式-懒汉式

// 饿汉式，利用同一时间只能有一个线程对类进行初始化来保证线程安全
public class Clazz {
    private Clazz() {}
    private static Clazz instance = new Clazz();
    public static Clazz getInstance() {
        return instance;
    }
}

// 懒汉式1，内部类方式。同样利用同一时间只能有一个线程对类进行初始化来保证线程安全
public class Clazz {
    private Clazz() {}
    private static class InnerClazz() {
        public static Clazz instance = new Clazz();
    }
    public static Clazz getInstance() {
        return InnerClazz.instance;
    }
}

// 懒汉式2，双重检测方式。可能会有多个线程同时进入第一个判断，之后多个线程依次进入同步代码块，第一个线程完成初始化，其他线程直接退出
// 
public class Clazz {
    private Clazz() {}
    private static Clazz instance;
    public static Clazz getInstance() {
        if(instance == null) {
            synchronized (Clazz.class) {
                if(instance == null) {
                    instance = new Clazz();
                }
            }
        }
        return instance;
    }
}

什么是单例模式？

单例模式（Singleton Pattern）是 Java 中最简单的设计模式之一。这种类型的设计模式属于创建型模式，它提供了一种创建对象的最佳方式。

这种模式涉及到一个单一的类，该类负责创建自己的对象，同时确保只有单个对象被创建。这个类提供了一种访问其唯一的对象的方式，可以直接访问，不需要实例化该类的对象。

单例模式有分为饿汉式和懒汉式

特点：

• 1、单例类只能有一个实例。
• 2、单例类必须自己创建自己的唯一实例。
• 3、单例类必须给所有其他对象提供这一实例。

应用实例：

• 1、一个班级只有一个班主任。
• 2、Windows 是多进程多线程的，在操作一个文件的时候，就不可避免地出现多个进程或线程同时操作一个文件的现象，所以所有文件的处理必须通过唯一的实例来进行。
• 3、一些设备管理器常常设计为单例模式，比如一个电脑有两台打印机，在输出的时候就要处理不能两台打印机打印同一个文件。

优点：

• 1、在内存里只有一个实例，减少了内存的开销，尤其是频繁的创建和销毁实例）。
• 2、避免对资源的多重占用（比如写文件操作）。

缺点：没有接口，不能继承，与单一职责原则冲突，一个类应该只关心内部逻辑，而不关心外面怎么样来实例化。

使用场景：

• 1、要求生产唯一序列号。
• 2、WEB 中的计数器，不用每次刷新都在数据库里加一次，用单例先缓存起来。
• 3、创建的一个对象需要消耗的资源过多，比如 I/O 与数据库的连接等。

注意事项：getInstance() 方法中需要使用同步锁 synchronized (Singleton.class) 防止多线程同时进入造成 instance 被多次实例化。

实例

单例模式-饿汉式

代码

//单例模式-饿汉式
public class SingletonDemo {
    public static void main(String[] args) {
        //编译错误：无法实例化
        // Singleton singleton = new Singleton();

        //正确获取对象的方法
        Singleton singleton = Singleton.getINSTANCE();
        singleton.hello();
    }
}

class Singleton{
    //创建一个本身对象
    private static final Singleton INSTANCE = new Singleton();

    //让构造方法为private，这样该类就不会被实例化
    private Singleton(){}

    //创建一个获取对象的方法
    public static Singleton getINSTANCE() {
        return INSTANCE;
    }

    public void hello(){
        System.out.println("Hello World! ——单例模式-饿汉式");
    }
}

结果

Hello World! ——单例模式-饿汉式

单例模式-懒汉式（线程不安全版）

这种方式是最基本的实现方式，这种实现最大的问题就是不支持多线程。因为没有加锁 synchronized，所以严格意义上它并不算单例模式。
这种方式 lazy loading 很明显，不要求线程安全，在多线程不能正常工作。

代码

//单例模式-懒汉式
public class SingletonDemo2 {
    public static void main(String[] args) {
        Singleton2 singleton = Singleton2.getInstance();
        singleton.hello();

    }

}

class Singleton2{
    private static Singleton2 instance;
    private Singleton2(){}

    public static Singleton2 getInstance() {
        if (instance == null){
            instance = new Singleton2();
        }
        return instance;
    }

    public void hello(){
        System.out.println("Hello World! ——单例模式-懒汉式");
    }
}

结果

Hello World! ——单例模式-懒汉式

单例模式-懒汉式（线程安全版）

描述：这种方式具备很好的 lazy loading，能够在多线程中很好的工作，但是，效率很低，99% 情况下不需要同步。
优点：第一次调用才初始化，避免内存浪费。
缺点：必须加锁 synchronized 才能保证单例，但加锁会影响效率。
getInstance() 的性能对应用程序不是很关键（该方法使用不太频繁）。

代码

//单例模式-懒汉式
public class SingletonDemo3 {
    public static void main(String[] args) {
        Singleton3 singleton = Singleton3.getInstance();
        singleton.hello();

    }

}

class Singleton3{
    private static Singleton3 instance;
    private Singleton3(){}

    public synchronized static Singleton3 getInstance() {
        if (instance == null){
            instance = new Singleton3();
        }
        return instance;
    }

    public void hello(){
        System.out.println("Hello World! ——单例模式-懒汉式");
    }
}

结果

Hello World! ——单例模式-懒汉式