单例模式

单例模式:一个类只有一个实例,并且提供一个全局访问该实例的方法。单例模式的出现是为了可以保证系统中一个类只有一个实例而且该实例又易于外界访问,从而方便对实例个数的控制并节约系统资源而出现的解决方案。

一、技术的起因与目标

在很多时候,整个系统只需要拥有一个全局对象,这样有利于我们协调系统整体行为。比如:在某服务器程序中,该服务器的配置文件存放在一个文件中,这些配置数据由一个单例对象统一读取,然后服务进程中的其他对象在通过这个单例获取这些配置文件。最终通过这种方式,简化了在复杂环境下的配置管理。例如:一个系统中只能有一个窗口管理器,文件系统,计时工具。

二、技术的优势和劣势

优势

  • 节省系统资源(系统内存中该类只存在一个对象,对于一些需要频繁创建销毁的对象,使用单例模式可以提高系统性能)
  • 实现了对唯一实例访问的可控

劣势

  • 不适用于变化频繁的对象
  • 滥用单例将带来一些负面问题,如为了节省资源将数据库连接池对象设计为的单例类,可能会导致共享连接池对象的程序过多而出现连接池溢出。
  • 如果实例化的对象长时间不被利用,系统会认为该对象是垃圾而被回收,这可能会导致对象状态的丢失。
  • 不清楚该单例类获取对象的方法(当想实例化一个单例类时,必须记住使用相应的获取对象的方法,而不是使用new,可能会给开发人员造成困扰,特别是看不到源码的时候)

三、技术的适用场景(业务场景、技术场景)

推荐阅读: 单例模式的使用场景和 Java 静态块的使用:详细介绍了业务场景及相应的技术实现场景(网站在线人数统计、配置文件访问类)

1、有频繁实例化然后销毁的情况,也就是频繁的 new 对象,可以考虑单例模式;
2、创建对象时耗时过多或者耗资源过多,但又经常用到的对象;
3、频繁访问 IO 资源的对象,例如数据库连接池或访问本地文件;
4.要求生成唯一序列号的环境,需要定义大量静态常量或静态方法的环境。

四、技术的组成部分和关键点

组成部分:

单例模式要求类能够返回对象的一个引用(永远是同一个)和一个获得该实例的方法(必须是静态方法)

关键点:

单例模式在多线程应用场景下必须小心使用。
当存在一个唯一实例尚未创建时,有两个线程同时调用创建方法,那么它们同时没有检测到唯一实例的存在,从而同时创建了各自的一个实例,这样就是有两个实例被构造出来,从而违反了单例模式中实例唯一的原则。解决这个问题的方法是为该类是否已经实例化变量提供一个互斥锁。

五、技术的底层原理和关键实现

关键实现:

  • 保证类只有一个实例。关键点:将该类的构造方法定义为私有方法(这样其他处的代码就无法通过调用该类的构造方法来实例化该类的对象)
  • 提供一个该实例的访问点。一般由该类自己负责创建实例,并提供一个公共的静态方法作为该实例的访问点。

六、已有的实现和它之间的对比

推荐阅读:Java设计模式(十) 你真的用对单例模式了吗? [Java设计模式(十) 你真的用对单例模式了吗?]

清单1. 静态常量 饿汉式-推荐
public class Singleton {
  private static final Singleton INSTANCE = new Singleton();
  private Singleton() {};
  public static Singleton getInstance() {
    return INSTANCE;
  }

清单2. 双重检查 懒汉式-推荐

public class Singleton {
  private static volatile Singleton INSTANCE;
  private Singleton() {};
  public static Singleton getInstance() {
    if (INSTANCE == null) {
      synchronized(Singleton.class){
        if(INSTANCE == null) {
          INSTANCE = new Singleton();
        }
      }
    }
    return INSTANCE;
  }
}

清单3.枚举 强烈推荐

package com.jasongj.singleton9;
public enum Singleton {
  INSTANCE;
  
  public void whatSoEverMethod() { }
  // 该方法非必须,只是为了保证与其它方案一样使用静态方法得到实例
  public static Singleton getInstance() {
    return INSTANCE;
  }
}


  1. 单例模式的八种写法比较

2.Java设计模式(十) 你真的用对单例模式了吗?

  1. [单例模式的使用场景和 Java 静态块的使用] (https://zhuanlan.zhihu.com/p/37382515)

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