单例模式
单例模式(Singleton Pattern)是 Java 中最简略的设计模式之一。这种类型的设计模式属于创立型模式,它提供了一种创建对象的最佳形式。
这种模式波及到一个繁多的类,该类负责创立本人的对象,同时确保只有单个对象被创立。这个类提供了一种拜访其惟一的对象的形式,能够间接拜访,不须要实例化该类的对象。
留神:
- 1、单例类只能有一个实例。
- 2、单例类必须本人创立本人的惟一实例。
- 3、单例类必须给所有其余对象提供这一实例。
介绍
用意: 保障一个类仅有一个实例,并提供一个拜访它的全局拜访点。
次要解决: 一个全局应用的类频繁地创立与销毁。
何时应用: 当您想管制实例数目,节俭系统资源的时候。
如何解决: 判断零碎是否曾经有这个单例,如果有则返回,如果没有则创立。
要害代码: 构造函数是公有的。
利用实例:
- 1、一个班级只有一个班主任。
- 2、Windows 是多过程多线程的,在操作一个文件的时候,就不可避免地呈现多个过程或线程同时操作一个文件的景象,所以所有文件的解决必须通过惟一的实例来进行。
- 3、一些设施管理器经常设计为单例模式,比方一个电脑有两台打印机,在输入的时候就要解决不能两台打印机打印同一个文件。
长处:
- 1、在内存里只有一个实例,缩小了内存的开销,尤其是频繁的创立和销毁实例(比方治理学院首页页面缓存)。
- 2、防止对资源的多重占用(比方写文件操作)。
毛病: 没有接口,不能继承,与繁多职责准则抵触,一个类应该只关怀外部逻辑,而不关怀里面怎么样来实例化。
应用场景:
- 1、要求生产惟一序列号。
- 2、WEB 中的计数器,不必每次刷新都在数据库里加一次,用单例先缓存起来。
- 3、创立的一个对象须要耗费的资源过多,比方 I/O 与数据库的连贯等。
注意事项:getInstance() 办法中须要应用同步锁 synchronized (Singleton.class) 避免多线程同时进入造成 instance 被屡次实例化。
实现
咱们将创立一个 SingleObject 类。SingleObject 类有它的公有构造函数和自身的一个动态实例。
SingleObject 类提供了一个静态方法,供外界获取它的动态实例。SingletonPatternDemo 类应用 SingleObject 类来获取 SingleObject 对象。
步骤 1
创立一个 Singleton 类。
SingleObject.java
public class SingleObject {
// 创立 SingleObject 的一个对象
private static SingleObject instance = new SingleObject();
// 让构造函数为 private,这样该类就不会被实例化
private SingleObject(){}
// 获取惟一可用的对象
public static SingleObject getInstance(){return instance;}
public void showMessage(){System.out.println("Hello World!");
} }
步骤 2
从 singleton 类获取惟一的对象。
SingletonPatternDemo.java
public class SingletonPatternDemo {public static void main(String[] args) {
// 不非法的构造函数
// 编译时谬误:构造函数
SingleObject() // 是不可见的
SingleObject object = new SingleObject();
// 获取惟一可用的对象
SingleObject object = SingleObject.getInstance();
// 显示音讯
object.showMessage();} }
步骤 3
执行程序,输入后果:
<pre spellcheck="false" class="md-fences md-end-block ty-contain-cm modeLoaded"
lang=""cid="n58"mdtype="fences"style="box-sizing: border-box; overflow: visible; font-family: var(--monospace); font-size: 0.9em; display: block; break-inside: avoid; text-align: left; white-space: normal; background-image: inherit; background-position: inherit; background-size: inherit; background-repeat: inherit; background-attachment: inherit; background-origin: inherit; background-clip: inherit; background-color: rgb(248, 248, 248); position: relative !important; border: 1px solid rgb(231, 234, 237); border-radius: 3px; padding: 8px 4px 6px; margin-bottom: 15px; margin-top: 15px; width: inherit; color: rgb(51, 51, 51); font-style: normal; font-variant-ligatures: normal; font-variant-caps: normal; font-weight: 400; letter-spacing: normal; orphans: 2; text-indent: 0px; text-transform: none; widows: 2; word-spacing: 0px; -webkit-text-stroke-width: 0px; text-decoration-style: initial; text-decoration-color: initial;">
Hello World!
</pre>
单例模式的几种实现形式
单例模式的实现有多种形式,如下所示:
1、懒汉式,线程不平安
是否 Lazy 初始化: 是
是否多线程平安: 否
实现难度: 易
形容: 这种形式是最根本的实现形式,这种实现最大的问题就是不反对多线程。因为没有加锁 synchronized,所以严格意义上它并不算单例模式。这种形式 lazy loading 很显著,不要求线程平安,在多线程不能失常工作。
实例
public class Singleton {private static Singleton instance; private Singleton (){
}
public static Singleton getInstance() {if (instance == null) {instance = new Singleton();
}
return instance;
} }
接下来介绍的几种实现形式都反对多线程,然而在性能上有所差别。
2、懒汉式,线程平安
是否 Lazy 初始化: 是
是否多线程平安: 是
实现难度: 易
形容: 这种形式具备很好的 lazy loading,可能在多线程中很好的工作,然而,效率很低,99% 状况下不须要同步。长处:第一次调用才初始化,防止内存节约。毛病:必须加锁 synchronized 能力保障单例,但加锁会影响效率。getInstance() 的性能对应用程序不是很要害(该办法应用不太频繁)。
实例
public class Singleton {private static Singleton instance; private Singleton (){
}
public static synchronized Singleton getInstance() {if (instance == null) {instance = new Singleton();
}
return instance;
} }
3、饿汉式
是否 Lazy 初始化: 否
是否多线程平安: 是
实现难度: 易
形容: 这种形式比拟罕用,但容易产生垃圾对象。长处:没有加锁,执行效率会进步。毛病:类加载时就初始化,节约内存。它基于 classloader 机制防止了多线程的同步问题,不过,instance 在类装载时就实例化,尽管导致类装载的起因有很多种,在单例模式中大多数都是调用 getInstance 办法,然而也不能确定有其余的形式(或者其余的静态方法)导致类装载,这时候初始化 instance 显然没有达到 lazy loading 的成果。
实例
public class Singleton {private static Singleton instance = new Singleton(); private Singleton (){}
public static Singleton getInstance() {return instance;} }
4、双检锁 / 双重校验锁(DCL,即 double-checked locking)
JDK 版本:JDK1.5 起
是否 Lazy 初始化: 是
是否多线程平安: 是
实现难度: 较简单
形容: 这种形式采纳双锁机制,平安且在多线程状况下能放弃高性能。getInstance() 的性能对应用程序很要害。
实例
public class Singleton {private volatile static Singleton singleton; private Singleton (){
}
public static Singleton getSingleton() {if (singleton == null) {synchronized (Singleton.class) {if (singleton == null) {singleton = new Singleton();
} } }
return singleton;
} }
5、注销式 / 动态外部类
是否 Lazy 初始化: 是
是否多线程平安: 是
实现难度: 个别
形容: 这种形式能达到双检锁形式一样的效用,但实现更简略。对动态域应用提早初始化,应应用这种形式而不是双检锁形式。这种形式只实用于动态域的状况,双检锁形式可在实例域须要提早初始化时应用。这种形式同样利用了 classloader 机制来保障初始化 instance 时只有一个线程,它跟第 3 种形式不同的是:第 3 种形式只有 Singleton 类被装载了,那么 instance 就会被实例化(没有达到 lazy loading 成果),而这种形式是 Singleton 类被装载了,instance 不肯定被初始化。因为 SingletonHolder 类没有被被动应用,只有通过显式调用 getInstance 办法时,才会显式装载 SingletonHolder 类,从而实例化 instance。设想一下,如果实例化 instance 很耗费资源,所以想让它提早加载,另外一方面,又不心愿在 Singleton 类加载时就实例化,因为不能确保 Singleton 类还可能在其余的中央被被动应用从而被加载,那么这个时候实例化 instance 显然是不适合的。这个时候,这种形式相比第 3 种形式就显得很正当。
实例
public class Singleton {
private static class SingletonHolder {private static final Singleton INSTANCE = new Singleton();
}
private Singleton (){}
public static final Singleton getInstance() {return SingletonHolder.INSTANCE;} }
6、枚举
JDK 版本:JDK1.5 起
是否 Lazy 初始化: 否
是否多线程平安: 是
实现难度: 易
形容: 这种实现形式还没有被宽泛采纳,但这是实现单例模式的最佳办法。它更简洁,主动反对序列化机制,相对避免屡次实例化。这种形式是 Effective Java 作者 Josh Bloch 提倡的形式,它不仅能防止多线程同步问题,而且还主动反对序列化机制,避免反序列化从新创立新的对象,相对避免屡次实例化。不过,因为 JDK1.5 之后才退出 enum 个性,用这种形式写未免让人感觉陌生,在理论工作中,也很少用。不能通过 reflection attack 来调用公有构造方法。
实例
public enum Singleton {INSTANCE; public void whateverMethod() {}}