Java单例模式

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单例介绍

单例模式(Singleton Pattern)是 Java 中最简单的设计模式之一。这种类型的设计模式属于创建型模式,它提供了一种创建对象的最佳方式。

这种模式涉及到一个单一的类,该类负责创建自己的对象,同时确保只有单个对象被创建。这个类提供了一种访问其唯一的对象的方式,可以直接访问,不需要实例化该类的对象。

注意:

  • 1、单例类只能有一个实例。
  • 2、单例类必须自己创建自己的唯一实例。
  • 3、单例类必须给所有其他对象提供这一实例。

意图: 保证一个类仅有一个实例,并提供一个访问它的全局访问点。

主要解决: 一个全局使用的类频繁地创建与销毁。

何时使用: 当您想控制实例数目,节省系统资源的时候。

如何解决: 判断系统是否已经有这个单例,如果有则返回,如果没有则创建。

关键代码: 构造函数是私有的。

应用实例:

  • 1、一个班级只有一个班主任。
  • 2、Windows 是多进程多线程的,在操作一个文件的时候,就不可避免地出现多个进程或线程同时操作一个文件的现象,所以所有文件的处理必须通过唯一的实例来进行。

优点:

  • 1、在内存里只有一个实例,减少了内存的开销,尤其是频繁的创建和销毁实例
  • 2、避免对资源的多重占用(比如写文件操作)。

缺点: 没有接口,不能继承,与单一职责原则冲突,一个类应该只关心内部逻辑,而不关心外面怎么样来实例化。

使用场景:

创建的一个对象需要消耗的资源过多,比如 I/O 与数据库的连接等。

注意事项: getInstance()方法中需要使用同步锁 synchronized (Single.class) 防止多线程同时进入造成 instance 被多次实例化。

单例也分为 懒汉模式(线程不安全)和饿汉模式(线程安全)

区别就是:

懒汉模式第一次调用的时候才创建对象

而饿汉模式 是在类加载的时候就创建了对象

使用场景 :

懒汉模式 就是什么时候需要他的时候在创建对象 而饿汉模式就是在程序加载的时候就创建此对象

饿汉模式

//单例 饿汉模式
public class Single {
    //创建 Single 的对象
    private static Single instance = new Single();

    //让构造函数为 private,这样该类就不会被实例化
    private Single(){}

    //获取唯一可用的对象
    public static Single getInstance(){
        return instance;
    }

    public  void show(){
        System.out.println("我是单例:饿汉模式");
    }

}

测试

public class test {

    public static void main(String[] args) {
        Single obj = Single.getInstance();
        obj.show();
    }
}

可以看出来为什么线程是安全的: 因为 在类加载的时候就已经创建了对象 没有多个线程 资源抢占这一回事

懒汉模式

//单例 懒汉模式
public class Single {
    private static Single instance;
    private Single (){}

    public static Single getInstance() {
        //如果instance 为空那么就创建一个对象
        if (instance == null) {
            instance = new Single();
        }
        return instance;
    }
    public void show(){
        System.out.println("我是单例:懒汉模式");
    }
}

注意: 上代码 在单线程中 是没有问题 但是在多线程中 就会出现 资源抢占问题

比如对个线程同时 访问getInstance()方法 那么 在 if (instance == null) 绝大部分线程都没有被拦截住

因为 new Single() 是需要时间的 在这个时间内 instance == null 而不是instance != null 所以导致了

private static Single instance; 被来回的覆盖 导致数据丢失

比如: 线程1和线程2 线程1 执行 new Single();的时候线程2也进来了 那么如果在线程2 new Single(); 之前线程1 对 Single 对象内 数据 进行 修改 那么当 线程2 new Single(); 成功之后 就会将 线程1给覆盖了 也就导致线程1 数据丢失

解决办法 使用线程中的同步代码块 synchronized

可能有些人会想 直接在 这样 public static synchronized Single getInstance() 当然这样是可以的 但是影响性能

最佳方式 双重校验锁

这种方式采用双锁机制,安全且在多线程情况下能保持高性能。

//单例 懒汉模式
public class Single {
    private  volatile static Single instance;
    private Single (){}

    public static  Single getInstance() {
        //如果instance 为空那么就创建一个对象
        if (instance == null) {
        synchronized(Single.class){
            if (instance == null) {
                instance = new Single();
            }
          }
        }
        return instance;
    }
    public void show(){
        System.out.println("我是单例:懒汉模式");
    }
}
public class test {

    public static void main(String[] args) {
        Single obj = Single.getInstance();
        obj.show();
    }
}

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