设计模式(四)之 单例模式

一、定义

确保某个类只有一个实例,而且自行实例化并向整个系统提供这个实例。

单例模式

二、使用场景

  • 1.确保某个类只有一个实例对象,避免产生多个对象消耗过多的资源;或者逻辑上某个类的对象应该只有一个,出现多个则出现一些错误。例如:对 IO、数据库、网络、图片、SharePreference 等的访问。

  • 2.需要定义大量的静态常量和静态方法,例如 Utils 类

  • 3.唯一序列号生成的场合

  • 4.需要一个共享访问点或者共享数据的场合,例如全局的计数器

    1. Android 中的 SystemService 就是通过单例的方式注册到系统当中

三、栗子

1、懒汉式单例

/**
 * 懒汉式单例(用到才实例化)
 * 优点:Lazy 初始化;线程安全
 * 缺点:每次需要同步性能较低,不建议使用
 * @author innovator
 *
 */
public class MyLazySingleton {

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

2、饿汉式单例

/**
 * 饿汉式单例(加载类的时候已经实例化)
 * 优点:非Lazy 初始化
 * 缺点:浪费内存;线程安全,基于 ClassLoader 机制避免了多线程的同步问题
 * @author innovator
 */ 
public class MyStarveSingleton {

    
    //方式一:类装载的时候初始化
    private static MyStarveSingleton instance = new MyStarveSingleton();
    
    //方式二:类初始化的时候才去初始化
    static {
            instance = new MyStarveSingleton();
    }
    
    private MyStarveSingleton() {
        
    }
    
    public static MyStarveSingleton getInstance() {
        return instance;
    }
}

3、双检锁/双重校验锁单例(DCL,即 double-checked locking)

/**
 * DCL单例
 * 优点:懒汉式的改进版,Lazy初始化;线程安全,且在多线程情况下能保持高性能
 * @author innovator
 *
 */
public class MyDCLSingleton {

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

4、静态内部类单例

/**
 * 静态内部类单例
 * 确保调用 getInstance 才 Lazy 初始化;线程安全;推荐使用
 * @author innovator
 *
 */
public class MyInnerStaticSingleton {
    
    private MyInnerStaticSingleton() {
        
    }
    
    public static MyInnerStaticSingleton getInstance() {
        
        return SingletonHolder.instance;
    }
    
    public static class SingletonHolder{
        
        private static final MyInnerStaticSingleton instance = new MyInnerStaticSingleton();
    }
}

5、枚举型单例

/**
 * 枚举型单例
 * 优点:Lazy初始化;线程安全;是实现单例模式的最佳方法。它更简洁,自动支持序列化机制,绝对防止多次实例化。
 * @author innovator
 *
 */
public enum MyEnumSingleton {
    INSTANCE
}

四、优点

  • 1.由于单例模式在内存中只有一个实例,减少了内存开支,特别是一个对象需要频繁的被创建、销毁,而且创建或销毁时性能又无法优化,单例模式的优势就非常明显。

  • 2.由于单例模式只生成一个实例,减少了系统性能开销,当一个对象的产生需要比较多的资源时,如读取配置、产生其他依赖对象时,则可以通过在应用启动时直接产生一个单例对象,然后永久驻留内存的方式来解决(在 Java EE 中采用单例模式时需要注意 JVM 垃圾回收机制);

  • 3.单例模式可以避免对资源的多重占用,例如一个写文件动作,由于只有一个实例存在内存中,避免对同一个资源文件的同时写操作。

  • 4.单例模式可以在系统设置全局的访问点,优化环共享资源访问,例如可以设计一个单例类,负责所有数据表的映射处理。

五、缺点

  • 1.单例模式没有接口,扩展很困难,若要扩展,除了修改代码没有第二种途径可以实现。单例模式为什么不能增加接口呢?因为接口对单例模式是没有任何的意义,它要求“自行实例化”,并且提供单一实例、接口或抽象类是不可能被实例化的。

  • 2.单例模式对测试是不利的。在并行开发环境中,如果单例模式没有完成,是不能进行测试的,没有接口也不能使用 mock 的方式虚拟一个对象。

  • 3.单例模式与单一职责原则有冲突。一个类应该只实现一个的逻辑,而不关心它是否是单例的,决定它是不是要单例是环境决定的,单例模式把“要单例”和业务逻辑融合也在一个类中。

  • 4.通常来说,单例对象如果持有 Context,很容易引发内存泄漏。此时需要注意传递给单例对象的 ContextApplicationContext

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