設計模式系列（一）單例模式
阿新 • • 發佈：2021-01-07
1.單例模式
這種型別的設計模式屬於建立型模式，它提供了一種建立物件的最佳方式。這種模式涉及到一個單一的類 ，該類負責建立自己的物件，同時確保只有單個物件被建立。這個類提供了一種訪問其唯一的物件的方式， 可以直接訪問，不需要例項化該類的物件。
- 單例類只能有一個例項。
- 單例類必須自己建立自己的唯一例項。
- 單例類必須給所有其他物件提供這一例項。
意圖：保證一個類僅有一個例項，並提供一個訪問它的全域性訪問點。
主要解決：一個全域性使用的類頻繁地建立與銷燬。
何時使用：當您想控制例項數目，節省系統資源的時候。
如何解決：判斷系統是否已經有這個單例，如果有則返回，如果沒有則建立。
關鍵程式碼：建構函式是私有的。
優點
- 在記憶體裡只有一個例項，減少了記憶體的開銷，尤其是頻繁的建立和銷燬例項（比如管理學院首頁頁面快取）。
- 避免對資源的多重佔用（比如寫檔案操作）。
缺點
沒有介面，不能繼承，與單一職責原則衝突，一個類應該只關心內部邏輯，而不關心外面怎麼樣來例項化。
使用場景：
- 要求生產唯一序列號。
- WEB 中的計數器，不用每次重新整理都在資料庫里加一次，用單例先快取起來。
- 建立的一個物件需要消耗的資源過多，比如 I/O 與資料庫的連線等。
注意事項：getInstance() 方法中需要使用同步鎖 synchronized (Singleton.class)
防止多執行緒同時進入造成 instance 被多次例項化。
- 餓漢式 靜態常量
//餓漢式(靜態常亮)在類裝載的時候完成了例項化，避免了執行緒同步問題。但是沒有達到懶載入，有可能造成記憶體的浪費。
class Singleton {
//構造私有化
private Singleton() {
}
//內部建立物件例項
private final static Singleton instance = new Singleton();
//獲取例項
public static Singleton getInstance() {
return instance;
}
}
- 餓漢式 靜態程式碼塊
//優缺點同上
class Singleton {
//構造私有化
private Singleton() {
}
//內部建立物件例項
private static Singleton instance;
static {
instance = new Singleton();
}
//獲取例項
public static Singleton getInstance() {
return instance;
}
}
- 懶漢式 執行緒不安全
class Singleton {
//構造私有化
private Singleton() {
}
//內部建立物件例項
private static Singleton instance;
//獲取例項
public static Singleton getInstance() {
//在使用的時候才去建立(此處會出現執行緒不安全問題)
if (instance == null)
instance = new Singleton();
return instance;
}
}
- 懶漢式 執行緒安全 同步方法
class Singleton {
//構造私有化
private Singleton() {
}
//內部建立物件例項
private static Singleton instance;
//獲取例項 synchronized讓執行緒依次獲取instance
public static synchronized Singleton getInstance() {
if (instance == null)
instance = new Singleton();
return instance;
}
}
- 懶漢式 執行緒安全 同步方法
//雖然可以解決執行緒不安全問題，但是每次獲取instance都走同步方法，會導致效率低
class Singleton {
//構造私有化
private Singleton() {
}
//內部建立物件例項
private static Singleton instance;
//獲取例項 synchronized讓執行緒依次獲取instance
public static synchronized Singleton getInstance() {
if (instance == null)
instance = new Singleton();
return instance;
}
}
- 懶漢式 執行緒安全 同步程式碼塊（雙重判斷） volatile修飾變數
//volatile 共享變數 可以在修改後立刻重新整理
class Singleton {
//構造私有化
private Singleton() {
}
//內部建立物件例項
private static volatile Singleton instance;
//獲取例項 synchronized讓執行緒依次獲取instance
public static synchronized Singleton getInstance() {
if (instance == null)
//沒有作用 因為已經進入if語句了
synchronized (Singleton.class) {
if (instance == null) {
instance = new Singleton();
}
}
return instance;
}
}
- 靜態內部類 （外部類被裝載的時候，內部類不會被裝載）
class Singleton {
//構造私有化
private Singleton() {
}
//靜態內部類，該類中有一個靜態的屬性，靜態內部類只有被呼叫的時候，才回裝載（此處相當於懶載入，可以節省記憶體） 在類裝載的時候，是執行緒安全的。 而且類只裝載一次
private static class SingletonInstance {
private static final Singleton instance = new Singleton();
}
//獲取例項 synchronized讓執行緒依次獲取instance
public static synchronized Singleton getInstance() {
return SingletonInstance.instance;
}
}
-列舉方式 避免多執行緒同步問題，防止反序列化重新建立物件
enum Singleton {
INSTANCE;
public void method() {
System.out.println("單例呼叫");
}
}
單例模式在jdk中的應用
Runtime物件，用到了餓漢式的單例
如何破壞單例，如何防止
-
通過反射破壞單例
雖然構造方法以及被私有化，但還是可以通過反射產生新的物件。//通過反射獲取 Constructor<Singleton> constructor = Singleton.class.getDeclaredConstructor(); constructor.setAccessible(true); Singleton reflex = constructor.newInstance(); System.out.println("reflex的hashCode:"+reflex.hashCode());如何防止反射破壞
建立一個全域性變數設為true，在構造方法中判斷，如果是一個次建立，就把變數設為false，如果不是，就丟擲異常。class Singleton { private static boolean isFristCreate = true;//預設是第一次建立 //構造私有化 private Singleton() { if (isFristCreate) { synchronized (Singleton.class) { if (isFristCreate) { isFristCreate = false; } } } else { throw new RuntimeException("已然被例項化一次，不能在例項化"); } } //靜態內部類，該類中有一個靜態的屬性，靜態內部類只有被呼叫的時候，才回裝載（此處相當於懶載入，可以節省記憶體） 在類裝載的時候，是執行緒安全的。 而且類只裝載一次 private static class SingletonInstance { private static final Singleton instance = new Singleton(); } //獲取例項 synchronized讓執行緒依次獲取instance public static synchronized Singleton getInstance() { return SingletonInstance.instance; } } -
通過克隆方式破壞
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通過反序列化方式破壞