SingletonPattern單例模式

頭號碼甲 2021-07-14

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單例模式

1.定義

確保某一個類只有一個實例，而且自行實例化并向整個系統(tǒng)提供這個實例

餓漢式單例模式

public class Singleton {
    private static final Singleton singleton = new Singleton();

    // 構(gòu)造器私有化，限制產(chǎn)生多個對象
    private Singleton() {}

    // 對外提供靜態(tài)方法獲取實例對象
    public static Singleton getInstence() {
      return singleton;
    }
}

2.應(yīng)用

2.1優(yōu)點

由于單例模式在內(nèi)存中只有一個實例，減小了內(nèi)存開支。特別在一個對象需要頻繁的創(chuàng)建銷毀時，創(chuàng)建銷毀時性能無法優(yōu)化，此時的優(yōu)勢非常明顯
由于單例模式只生成一個實例，減少了系統(tǒng)的性能開銷。當一個對象需要產(chǎn)生較多的資源時，如讀取配置，產(chǎn)生其它以來對象，可以通過在應(yīng)用啟動時直接產(chǎn)生一個單例對象，然后永久駐留內(nèi)存的方式解決（JavaEE中采用單例模式時需要注意JVM的垃圾回收機制）
單例模式可以避免對同一資源的多重占用，例如寫文件操作

2.2缺點

單例模式一般沒有接口，擴展性差
單例模式不利于測試。在并行開發(fā)環(huán)境中，若單例模式?jīng)]有完成，不能進行測試

2.3使用場景

生成唯一序列號的環(huán)境
在整個項目中需要一個共享訪問點或共享數(shù)據(jù)。如一個Web頁面上的計數(shù)器，使用單例模式保持計數(shù)器的值，并確保是線程安全的
創(chuàng)建一個對象時需要消耗的資源過多，如訪問IO和數(shù)據(jù)庫等資源
需要定義大量的靜態(tài)常量和靜態(tài)方法（如工具類）的環(huán)境

2.4注意事項

在該并發(fā)情況下，需要注意單例模式的線程同步問題。單例模式有幾種不同的實現(xiàn)方式，餓漢式單例模式不會產(chǎn)生多實例的情況，以下方式則需要考慮線程同步問題

懶漢式單例模式

public class Singleton {
    private static final Singleton singleton = null;

    // 構(gòu)造器私有化，限制產(chǎn)生多個對象
    private Singleton() {}

    // 對外提供靜態(tài)方法獲取實例對象
    public static Singleton getInstence() {
        if (singleton == null) {
          singleton = new Singleton();
        }
      
        return singleton;
    }
}

懶漢式單例模式在低并發(fā)情況下尚不會出現(xiàn)問題，若系統(tǒng)壓力增大，并發(fā)量增加時可能在內(nèi)存中存在多個實例。如一個線程A執(zhí)行到singleton = new Singleton();但還沒有獲得到對象，此時對象初始化未完成，第二個線程B執(zhí)行到if (singleton == null) {那么線程B判斷條件也為true，于是繼續(xù)執(zhí)行下去，則A和B各獲得一個對象。

解決單例模式線程不安全的方法，可以在getInstence方法前或方法內(nèi)加synchronized關(guān)鍵字來實現(xiàn)，建議采用餓漢式單例模式。

3.擴展

有上限的多例模式：產(chǎn)生固定數(shù)量對象的模式

public class Singleton {
    // 定義最多能產(chǎn)生的實例數(shù)量
    private static int maxNumOfInstance = 2;

    // 定義一個列表容納所有實例
    private static List<Singleton> singletonList = new ArrayList<>();

    // 定義當前對象實例的序號
    private static int countNumOfInstance = 0;

    // 產(chǎn)生所有的對象
    static {
        for (int i = 0; i < maxNumOfInstance; i++) {
            singletonList.add(new Singleton())
        }
    }

    private Singleton() {}

    public static Singleton getInstence() {
      Random random = new Random();
      countNumOfInstance = random.nextInt(maxNumOfInstance);

      return singletonList.get(countNumOfInstance);
    }
}

考慮到線程安全問題可以使用Vector來代替。采用有上限的多例模式，可以在設(shè)計時決定內(nèi)存中有多少個實例，方便系統(tǒng)擴展，修正單例可能存在的性能問題，提高系統(tǒng)的響應(yīng)速度。如讀取文件，可以在系統(tǒng)啟動時完成初始化工作，在內(nèi)存中啟動固定數(shù)量的Reader實例。