面向对象设计模式:创建型模式之单例模式
1. 单例模式,Singleton Pattern
1.1 Definition 定义
单例模式是确保类有且仅有一个实例的创建型模式,其提供了获取类唯一实例(全局指针)的方法。
单例模式类提供了一种访问其唯一的对象的方式,可以直接访问,而不需要实例化该类的对象。
1.2 Motivation 动机
Sometimes we want just a single instance of a class to exist in the system. For example, we want just one window manager, or just one factory for a family of products.
有时我们只希望系统中存在一个类的单个实例。例如,我们只需要一个窗口管理器,或者一个产品系列只需要一个工厂。
1.3 Benefit 益处
- Controlled access to sole instance. 对唯一实例的受控访问
- More flexible than static class (class with all static properties and methods). 比静态类灵活
- Static class must be stateless; Singleton could be stateful. 静态类必须无状态,单例可以有状态
1.4 实现
- 私有构造方法
- 获取唯一实例引用的静态方法
2. 单例模式类型
2.1 懒汉式-线程不安全
- 懒加载:是
- 线程安全:否
public class LazyLoadingSingleton {private static LazyLoadingSingleton lazyLoadingSingleton;private LazyLoadingSingleton() {}public static LazyLoadingSingleton singleton() {if (lazyLoadingSingleton == null) {lazyLoadingSingleton = new LazyLoadingSingleton();}return lazyLoadingSingleton;}public void log(String msg) {System.out.println("Log: " + msg);}
}
2.2 懒汉式-线程安全
- 懒加载:是
- 线程安全:是
- 优点:首次调用初始化,避免内存占用
- 缺点:影响效率
public class LazyLoadingSingleton {private static LazyLoadingSingleton singleton;private LazyLoadingSingleton() {}public static synchronized LazyLoadingSingleton singleton() {if (singleton == null) {singleton = new LazyLoadingSingleton();}return singleton;}public void log(String msg) {System.out.println("Log: " + msg);}
}
2.3 饿汉式
建议采用
- 懒加载:否
- 线程安全:是
- 优点:未加锁,效率高
- 缺点:类加载时初始化,浪费内容
public class ClassLoadSingleton {private static ClassLoadSingleton singleton = new ClassLoadSingleton();private ClassLoadSingleton() {}public static ClassLoadSingleton singleton() {return singleton;}public void log(String msg) {System.out.println("Log: " + msg);}
}
解法:静态内部类,延迟类加载的对象实例化
public class ClassLoadSingleton {// private static ClassLoadSingleton singleton = new ClassLoadSingleton();private static class SingleHandler {private static final ClassLoadSingleton singleton = new ClassLoadSingleton();}private ClassLoadSingleton() {}public static ClassLoadSingleton singleton() {return SingleHandler.singleton;}public void log(String msg) {System.out.println("Log: " + msg);}
}
2.4 双重校验锁:校验是否为空
双次校验是否为空,类加锁在双次校验之中
可以使用
- 懒加载:是
- 线程安全:是
- 优点:保证多线程下的效率
package singleton;public class DoubleCheckSingleton {private volatile static DoubleCheckSingleton singleton;private DoubleCheckSingleton() {}public static DoubleCheckSingleton singleton() {if (singleton == null) {synchronized (DoubleCheckSingleton.class) {if (singleton == null) {singleton = new DoubleCheckSingleton();}}}return singleton;}public void log(String msg) {System.out.println("Log: " + msg);}
}
关于 volatile 易失性关键字:
volatile 提醒编译器它后面所定义的变量随时都有可能改变,因此编译后的程序每次需要存储或读取这个变量的时候,都会直接从变量地址中读取数据。如果没有 volatile 关键字,则编译器可能优化读取和存储,可能暂时使用寄存器中的值(在某一线程写入寄存器但且未写入变量地址),如果这个变量由别的程序更新了的话,将出现不一致的现象。
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