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【设计模式】单例模式（Singleton）

2021-12-09 20:04:26 阅读：155 来源： 互联网

标签：Singleton getInstance 模式 instance 实例单例设计模式

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设计模式是在大量的实践中总结和理论化之后优选的代码结构、编程风格、
以及解决问题的思考方式。设计模免去我们自己再思考和摸索。就像是经典
的棋谱，不同的棋局，我们用不同的棋谱。”套路”

一、单例模式思想

单例设计模式，就是采取一定的方法保证在整个的软件系统中，对某个类只能存在一个对象实例，并且该类只提供一个取得其对象实例的方法。
如果我们要让类在一个虚拟机中只能产生一个对象，我们首先必须将类的构造器的访问权限设置为private，这样，就不能用new操作符在类的外部产生类的对象了，但在类内部仍可以产生该类的对象。
因为在类的外部开始还无法得到类的对象，只能调用该类的某个静态方法以返回类内部创建的对象，静态方法只能访问类中的静态成员变量，所以，指向类内部产生的该类对象的变量也必须定义成静态的。

二、单例模式的优点

某些类创建比较频繁，对于一些大型的对象，这是一笔很大的系统开销。单例模式可以减少系统开销
省去了 new 操作符，降低了系统内存的使用频率，减轻 GC 压力。
有些类如交易所的核心交易引擎，控制着交易流程，如果该类可以创建多个的话，系统完全乱了。所以只有使用单例模式，才能保证核心交易服务器独立控制整个流程。

三、单例模式的应用场景

网站的计数器，一般也是单例模式实现，否则难以同步。
应用程序的日志应用，一般都使用单例模式实现，这一般是由于共享的日志文件一直处于打开状态，因为只能有一个实例去操作，否则内容不好追加。
数据库连接池的设计一般也是采用单例模式，因为数据库连接是一种数据库资源。
项目中，读取配置文件的类，一般也只有一个对象。没有必要每次使用配置文件数据，都生成一个对象去读取。
Application 也是单例的典型应用。
Windows的Task Manager (任务管理器)就是很典型的单例模式。
Windows的Recycle Bin (回收站)也是典型的单例应用。在整个系统运行过程中，回收站一直维护着仅有的一个实例。

四、单例模式实现

饿汉式

class Singleton {
	// 1.私有化构造器
	private Singleton() {
	}
	// 2.内部提供一个当前类的实例
	// 4.此实例也必须静态化
	private static Singleton single = new Singleton();
	// 3.提供公共的静态的方法，返回当前类的对象
	public static Singleton getInstance() {
		return single; 
	} 
}

懒汉模式

public class Singleton {
	/* 持有私有静态实例，防止被引用，此处赋值为 null，目的是实现延迟加载 */
	private static Singleton instance = null;
	 /* 私有构造方法，防止被实例化 */
	 private Singleton() {
	 }
	 /* 静态工程方法，创建实例 */
	 public static Singleton getInstance() {
	 	if (instance == null) {
	 		instance = new Singleton();
	 		}
	 	return instance;
	 }
	 /* 如果该对象被用于序列化，可以保证对象在序列化前后保持一致 */
	 public Object readResolve() {
	 	return instance;
	 	}
}

五、单例模式优化

这个类可以满足基本要求，但是，像这样毫无线程安全保护的类，如果我们把它放入多线程的环境下，肯定就会出现问题了，如何解决？我们首先会想到对 getInstance 方法加synchronized 关键字，如下：

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

但是，synchronized 关键字锁住的是这个对象，这样的用法，在性能上会有所下降，因为每次调用 getInstance()，都要对对象上锁，事实上，只有在第一次创建对象的时候需要加锁，之后就不需要了，所以，这个地方需要改进。我们改成下面这个：

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

似乎解决了之前提到的问题，将 synchronized 关键字加在了内部，也就是说当调用的时候是不需要加锁的，只有在 instance 为 null，并创建对象的时候才需要加锁，性能有一定的提升。
但是，这样的情况，还是有可能有问题的，看下面的情况：在 Java 指令创建对象和赋值操作是分开进行的，也就是说 instance = new Singleton();语句是分两步执行的。但是JVM 并不保证这两个操作的先后顺序，也就是说有可能 JVM 会为新的 Singleton 实例分配空间，然后直接赋值给 instance 成员，然后再去初始化这个 Singleton 实例。这样就可能出错了，我们以 A、B 两个线程为例：

A、B 线程同时进入了第一个 if 判断
A 首先进入 synchronized 块，由于 instance 为 null，所以它执行 instance = new Singleton();
由于 JVM 内部的优化机制，JVM 先画出了一些分配给 Singleton 实例的空白内存，并赋值给 instance 成员（注意此时 JVM 没有开始初始化这个实例），然后 A 离开了 synchronized块。
B 进入 synchronized 块，由于 instance 此时不是 null，因此它马上离开了 synchronized块并将结果返回给调用该方法的程序。
此时 B 线程打算使用 Singleton 实例，却发现它没有被初始化，于是错误发生了。

所以程序还是有可能发生错误，其实程序在运行过程是很复杂的，从这点我们就可以看出，尤其是在写多线程环境下的程序更有难度，有挑战性。我们对该程序做进一步优化：

单例模式使用内部类来维护单例的实现，JVM 内部的机制能够保证当一个类被加载的时候，这个类的加载过程是线程互斥的。这样当我们第一次调用 getInstance 的时候，JVM 能够帮我们保证 instance 只被创建一次，并且会保证把赋值给 instance 的内存初始化完毕，这样我们就不用担心上面的问题。同时该方法也只会在第一次调用的时候使用互斥机制，这样就解决了低性能问题。

public class Singleton {
	/* 私有构造方法，防止被实例化 */
	private Singleton() {
	}
	/* 此处使用一个内部类来维护单例 */
	private static class SingletonFactory {
		private static Singleton instance = new Singleton();
	}
	/* 获取实例 */
	public static Singleton getInstance() {
		return SingletonFactory.instance;
	}
	/* 如果该对象被用于序列化，可以保证对象在序列化前后保持一致 */
	public Object readResolve() {
		return getInstance();
	}
}

标签：Singleton,getInstance,模式,instance,实例,单例,设计模式
来源： https://blog.csdn.net/qq_36102598/article/details/121840554

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