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如何掌握Java中的单例模式?

单例模式:首先在Java中有23种设计模式:创建型模式:工厂方法模式、抽象工厂模式、单例模式、建造者模式、原型模式结构型模式:适配器模式、装饰者模式、代理模式、外观模式、桥接模式、组合模式、享元模式行为型模式::策略模式、模板方法模式、观察者模式、迭代子模式、责任链模式、命令模式、备忘录模式、状态模式、访问者模式、中介者模式、解释器模式。1、什么是单例模式:定义:指一个类只有一个实例,且该类能自行创建这个实例的一种模式。可以避免因打开多个任务管理器窗口而造成内存资源的浪费,或出现各个窗口显示内容的不一致等

如何掌握Java中的单例模式?

单例模式:

首先在Java中有23种设计模式:

  • 创建型模式: 工厂方法模式、抽象工厂模式、单例模式、建造者模式、原型模式

  • 结构型模式: 适配器模式、装饰者模式、代理模式、外观模式、桥接模式、组合模式、享元模式

  • 行为型模式::策略模式、模板方法模式、观察者模式、迭代子模式、责任链模式、命令模式、备忘录模式、状态模式、访问者模式、中介者模式、解释器模式。

1、什么是单例模式:

定义:
指一个类只有一个实例,且该类能自行创建这个实例的一种模式。可以避免因打开多个任务管理器窗口而造成内存资源的浪费,或出现各个窗口显示内容的不一致等错误。比如咱们电脑是不是只能打开一个任务管理器?对吧,这就是为了防止资源浪费和其他错误。

项目中一般可以通过单例模式来获取同一个对象来调用工具方法,这样的好处是节约内存资源,我没有必要创建多个不同的对象,因为这样消耗内存资源

简而言之: 单例就是程序只有一个实例,该类负责创建自己的对象,同时要确保只有一个对象创建

单例模式的特点:

  1. 构造器私有

  2. 持有自己类型的属性

  3. 对外提供获取实例的静态方法

单例模式的结构图:
如何掌握Java中的单例模式?

2、单例模式的优缺点:

优点:

  1. 减少了内存的开销

  2. 避免对资源的多重占用

  3. 设置全局访问点,可以优化和共享资源的访问

缺点(参考自互联网):

  1. 一般没有接口,扩展困难。如果要扩展,则除了修改原来的代码,没有第二种途径,违背开闭原则

  2. 在并发测试中,单例模式不利于代码调试。在调试过程中,如果单例中的代码没有执行完,也不能模拟生成一个新的对象

  3. 单例模式的功能代码通常写在一个类中,如果功能设计不合理,则很容易违背单一职责原则

看一张单例模式的思维导图:

3、懒汉模式(比较常用)

懒汉模式特征是延迟初始化,在调用方法获取实例的时候才会实例化对象
线程不安全,严格意义上来说不是单例模式,优势是在获取实例才会创建对象因此更节省内存开销

Demo:

public class SingLeton {

    //1、有自己类型的属性
    private static SingLeton instance;

    //2、构造器私有化
    private SingLeton(){}

    //3、对外提供获取实例的静态方法
    public static SingLeton getInstance(){
        if (instance == null){
            instance = new SingLeton();
        }
        return instance;
    }}

测试类:

public class Test {
    public static void main(String[] args) {

        //判断是否产生的是同一个对象
        SingLeton s1 = SingLeton.getInstance();
        SingLeton s2 = SingLeton.getInstance();
        System.out.println(s1 == s2);
    }}

输出:

true

注意:

关于懒汉模式线程非安全

现在知道懒汉模式的线程是非安全的,那么就需要使用锁(synchronized )来同步:

/**
 *   保证 instance 在所有线程中同步
 */public class SingLeton2 {

        //1、有自己类型的属性
        private static volatile SingLeton2 instance ;    
        
        //2、构造器私有化
        private SingLeton2() {
        }

        public static synchronized SingLeton2 getInstance() {
            //getInstance 方法前加同步
            if (instance == null) {
                instance = new SingLeton2();
            }
            return instance;
        }
    }

如果是写多线程,则不要删除上例代码中的关键字 volatile 和 synchronized,否则将存在线程非安全的问题。如果不删除这两个关键字就能保证线程安全,但是每次访问时都要同步,会影响性能,且消耗更多的资源,这是懒汉式单例的缺点。

4、饿汉模式【推荐使用】

饿汉模式线程安全,常用,但是容易产生垃圾对象,因为饿汉模式一开始加载类的时候就初始化
了实例

Demo:

/**
 *
 * 饿汉模式
 */public class SingLeton {

    //持有自己类型的属性   (和懒汉一样)
    //由于static修饰,只在类加载的时候执行一次,类加载的时候就实例化对象
    private static SingLeton instance = new SingLeton();

    //构造器私有化,不能通过它创建对象
    private SingLeton(){};

    //对外提供获取实例的静态方法
    public static SingLeton getInstance(){
        return instance;
    }}

测试类:

public class Test {
    public static void main(String[] args) {

        //判断是否产生的是同一个对象
        SingLeton s1 = SingLeton.getInstance();
        SingLeton s2 = SingLeton.getInstance();
        System.out.println(s1 == s2);
    }}

输出:

true

懒汉模式和饿汉模式对比:

  1. 懒汉模式延迟加载,非线程安全,饿汉模式线程安全

  2. 懒汉模式刚运行不实例化对象,需要的时候才实例化对象,相当于来讲更节省内存开销

  3. 饿汉模式只要运行都会加载类的时候就给你初始化了,就需要使用更大的内存

图解:
如何掌握Java中的单例模式?

5、单例模式的应用场景:

  1. 需要经常创建的一些类,使用单例可以降低系统的内存压力

  2. 这个类只要求生成一个对象的时候,比如每个人的名字

  3. 类创建实例时占用资源较多,或实例化耗时较长,且经常使用

  4. 频繁访问数据库或文件的对象

  5. 类需要频繁实例化,而创建的对象又频繁被销毁的时候,如多线程的线程池

6、单例模式的应用实例

这里使用懒汉式单例模式模拟产生班级的班长
分析: 在每一个学期内,班级的班长只有一人,所以适合用单例模式实现

Person类:

/**
 * 使用懒汉模式
 */public class Person {

    //保证instance在所有线程中同步
    private static volatile Person instance;

    private Person(){
        System.out.println("产生一个班长");
    }

    //加上synchronized锁
    public static synchronized Person getInstance(){
        if(instance == null){
            instance = new Person();
        }else {
            System.out.println("错误信息:已经有一个班长,不能再产生");
        }
        return instance;
    }

    public void getName(){
        System.out.println("我是班长:小强");
    }}

测试类:

public class Test {
    public static void main(String[] args) {

        Person p1 = Person.getInstance();
        p1.getName(); //输出班长名字

        Person p2 = Person.getInstance();
        p2.getName();

        if(p1 == p2){
            System.out.println("两个班长是同一个人");
        }else {
            System.out.println("两个班长是同一个人");

        }
    }}

运行结果:

产生一个班长
我是班长:小强
错误信息:已经有一个班长,不能再产生
我是班长:小强
两个班长是同一个人
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