单例模式

简介

单例模式(Singleton Pattern)是最简单的设计模式之一。单例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。

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。

  3. 一些设备管理器常常设计为单例模式,比如一个电脑有两台打印机,在输出的时候就要处理不能两台打印机打印同一个文件。

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(比如管理学院首页页面缓存)。

  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
  1. 要求生产唯一序列号。

  2. WEB 中的计数器,不用每次刷新都在数据库里加一次,用单例先缓存起来。

  3. 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

一定要确保线程安全,防止多线程同时进入造成 instance 被多次实例化。

结构示意图

Structure

单例模式的实现通常有两种模式:懒汉式单例和恶汉式单例。

懒汉式单例的特点是在类加载时没有生成单例,只有当第一次调用getInstance方法的时候才进行实例化。

LazySingleton
public class LazySingleton {
    private static volatile LazySingleton instance=null;    //保证 instance 在所有线程中同步
    private LazySingleton(){}    //private 避免类在外部被实例化
    public static synchronized LazySingleton getInstance() {
        //getInstance 方法前加同步
        if(instance==null) {
            instance=new LazySingleton();
        }
        return instance;
    }
}

饿汉式单例的特点是类一旦加载就创建一个单例,保证在调用 getInstance 方法之前单例已经存在了。

HungrySingleton
public class HungrySingleton {
    private static final HungrySingleton instance=new HungrySingleton();
    private HungrySingleton(){}
    public static HungrySingleton getInstance() {
        return instance;
    }
}