單例模式(Singleton Pattern)是最簡單的一種設計模式。下面讓我們開始學習單例模式。
一、基本介紹
單例模式模式確保一個類只有一個實例,并且自行實例化并向整個系統提供該實例。
單例模式的主要作用是確保一個類只有一個實例的存在。單例模式可以用在建立目錄,數據庫連接等需要單線程操作的場合,用于實現對系統資源的控制。
java中的單例模式一般有兩種表現形式:
- 餓漢模式: 類加載時,就進行對象實例化
- 懶漢模式: 第一次引用類時,才進行對象實例化
二、餓漢模式
下面介紹餓漢模式的創建步驟
1 . 創建私有靜態成員變量并實例化
2 . 將構造函數私有化,使外界無法直接實例化
3 . 提供公開方法返回創建的實例化對象
下面是創建餓漢模式的代碼
public class Singleton {
//1.創建私有靜態成員變量并實例化
private static Singleton mSingleton = new Singleton();
//2.將構造函數私有化,使外界無法直接實例化
private Singleton(){}
//3.提供公開方法返回創建的實例化對象
public static Singleton getInstance() {
return mSingleton;
}
使用的時候代碼如下:
//獲得唯一的實例
Singleton singleton = Singleton.getInstance();
注意:由于我們的構造方法是私有化的,所以外界不能調用它,所以單例模式的類是不能被繼承的。
三、懶漢模式
下面介紹懶漢模式的創建步驟
1 . 聲明私有的靜態成員變量
2 . 將構造函數實例化,使外界無法直接實例化
3 . 提供公開的方法,判斷如果實例為null則創建實例并返回,不為空則直接返回實例
4 . 給方法添加synchronized關鍵字,保證其在多線程環境下也只創建一個實例
下面是創建懶漢模式的額代碼
public class Singleton2 {
//1.聲明私有的靜態成員變量
private static Singleton2 mSingleton2 = null;
//2.將構造函數實例化,使外界無法直接實例化
private Singleton2() {}
//3.提供公開的方法,判斷如果實例為null則創建實例并返回,不為空則直接返回實例
//4.給方法添加synchronized關鍵字,保證其在多線程環境下也只創建一個實例
synchronized public static Singleton2 getInstance() {
if(mSingleton2 == null){
mSingleton2 = new Singleton2();
}
return mSingleton2;
}
}
使用的時候代碼如下
Singleton2 singleton2 = Singleton2.getInstance();
注意:懶漢模式中需要使用synchronized關鍵字對靜態方法進行同步,保證其在多線程環境中只創建一個實例。加入我們沒有對該方法進行同步,如果線程A和線程B同時調用該方法,那么它們都會判斷得到mSingleton2為空,那么線程A和B就會各自創建一個對象,那么在線程中就會存在兩個對象,這就違背了單例模式的定義,所以必須使用synchronized關鍵字對線程進行同步。
四、餓漢模式和懶漢模式的對比
下面通過一張表格來對比兩種實現方式
| 模式類型 | 實例化時間 | 獲取對象的速度 | 實現難度 | 線程安全 |
|---|---|---|---|---|
| 餓漢模式 | 類被加載時 | 較快 | 在C++內不容易實現,java容易實現 | 線程安全 |
| 懶漢模式 | 第一次引用時 | 較慢 | 容易實現 | 線程不安全,需要synchronized關鍵字同步方法 |
五、單例模式的優缺點
1 . 單例模式的優點:
由于單例模式的內存中只有一個實例,減少了內存的開支,特別是一個對象需要頻繁地創建、銷毀,并且創建和銷毀的性能又無法優化時,單例模式就非常有優勢
由于單例模式只生成一個實例,所以減少了系統的性能開銷,當一個對象的產生需要比較多的資源時,如讀取配置,產生其他依賴對象時,可以通過在啟用時直接產生一個單例對象,然后永久駐留內存的方式來解決
單例模式可以避免對資源的多重占用。例如對于一個寫文件的操作,由于只有一個實例存在于內存中,避免了對同一個資源文件的同時操作
單例模式可以在系統設置全局的訪問點,優化和共享資源訪問,比如可以設計一個單例類負責所有數據表的映射處理
2 . 單例模式的缺點:
單例模式無法創建子類,擴展困難,要想擴展就得修改代碼
單例模式對測試不利,在并行開發中,如果單例模式的類沒有完成,就沒法進行測試
單例模式與單一職責原則有沖突。單例模式把
要單例和業務邏輯融合在了一起
六、單例模式的典型使用場景
1 . 要求生成唯一序列號的環境
2 . 在一個項目中需要共享訪問點或共享數據。比如一個Web頁面上的訪問次數計數器可以不用在每次頁面被別人訪問時就去更新數據庫的值,可以用一個單例模式來記錄頁面的訪問次數,并確保單例模式的線程安全
3 . 創建一個對象需要消耗很多資源。比如訪問IO或數據庫
4 . 需要定義大量的靜態常量和靜態方法的環境,可以使用單例模式(當然也可以直接將常量和方法聲明為靜態的)
七、單例模式的使用注意事項
根據功能單例類又可以分為有狀態的單例類和無狀態的單例類
1 . 有狀態的單例類的單例類的對象是可變的,通常被當做狀態庫使用,比如給系統提供一個唯一的序列號,每次提供的序列號是變化的,但序列號是全局唯一的。
2 . 無狀態的單例類是不變的,通常用來提供工具性的功能方法,比如IO或數據庫訪問
單例模式使用時必須注意以下三點:
1 . 單例類僅僅局限于一個JVM,因此當處于有多個JVM的分布式系統時,這個單例類就會在多個JVM中被實例化,就會出現多個對象。如果是無狀態的單例類,比如數據庫訪問,是沒有問題的,而如果是有狀態的單例類,比如一個用來產生唯一序列號的單例類,這種多個JVM的情況就會造成產生的序列號可能不唯一,因此在任何使用EJB、RMI和JINI技術的分布式系統中應該避免使用有狀態的單例類。
2 . 當一個JVM有多個類加載器時,多個類加載器會同時加載同一個實例,此時就會產生多個實例,此時應該避免使用有狀態的單例類
3 . 注意序列化和克隆對實例唯一性的影響,如果一個單例類實現了Serializable或Cloneable接口,則有可能被反序列化或克隆出一個實例來,也會破壞單例模式的定義
八、單例模式使用舉例
上面說了這么多理論性的東西,下面我們將通過一個
單例模式記錄訪問次數的例子來展示單例模式的應用。
先創建一個單例類
/**
* 使用餓漢模式創建一個單例類
* 使用synchronized對方法進行線程同步
*/
public class GlobalNum {
private static GlobalNum globalNum = new GlobalNum();
private int num = 0;
public static GlobalNum getInstance() {
return globalNum;
}
public synchronized int getNum() {
return ++num;
}
}
然后我們使用兩個線程去模擬訪問次數的增加
public class SingletonTest {
public static void main(String[] args) {
//創建線程A
NumThread numThreadA = new NumThread("線程A");
//創建線程B
NumThread numThreadB = new NumThread("線程B");
//啟動線程
numThreadA.start();
numThreadB.start();
}
}
class NumThread extends Thread{
private String threadName;
public NumThread(String threadName) {
this.threadName = threadName;
}
@Override
public void run() {
GlobalNum globalNum = GlobalNum.getInstance();
for (int i = 0; i < 5; i++) {
System.out.println(threadName + "第" + globalNum.getNum() + "次訪問");
try {
//線程休眠1秒
this.sleep(1000);
} catch (InterruptedException e) {
// TODO Auto-generated catch block
e.printStackTrace();
}
}
}
}
運行結果如下:
線程A第1次訪問
線程B第2次訪問
線程A第3次訪問
線程B第4次訪問
線程B第6次訪問
線程A第5次訪問
線程B第7次訪問
線程A第8次訪問
線程A第9次訪問
線程B第10次訪問
可以看出它保證了兩個線程使用的對象是同一個對象,從而來記錄訪問的次數
九、后記
以上就是關于單例模式的介紹,希望可以幫助到需要的人。
