设计模式(一):单例模式详解以及几种实现方式及其优缺点_单例模式知道吗,会引起什么问题?

前言

在软件开发中，单例模式是一种常见的设计模式，用于确保一个类只有一个实例，并提供全局访问点。

单例模式可以在多线程环境下保持数据的一致性，同时也可以节省系统资源。

本文将详细介绍单例模式的概念、几种实现方式以及它们的优缺点，帮助读者更好地理解和应用单例模式。

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概念

单例：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。

单例模式是一种常用的软件设计模式之一，其目的是保证整个应用中只存在类的唯一个实例。

比如我们在系统启动时，需要加载一些公共的配置信息，对整个应用程序的整个生命周期中都可见且唯一，这时需要设计成单例模式。如：spring容器，session工厂，缓存，数据库连接池等等。

如图

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特点

1）单例模式只能有一个实例。

2）单例类必须创建自己的唯一实例。

3）单例类必须向其他对象提供这一实例。

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如何保证实例的唯一

1）保证实例化一次

2）由类本身进行实例化

3）防止外部初始化

4）对外提供获取实例的方法

5）线程安全

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几种单例模式以及优缺点

懒汉模式

在用的时候才加载,延迟加载

线程不安全示例

public class SlackerSingletonDemo {
    private  static SlackerSingletonDemo instance;
    private SlackerSingletonDemo(){

    }
    public static SlackerSingletonDemo getInstance() {
        if (instance == null) {
            instance = new SlackerSingletonDemo();
        }
        return instance;
    }
}
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优点

在获取实例的方法中，进行实例的初始化，节省系统资源

缺点

1.如果获取实例时，初始化工作较多，加载速度会变慢，影响系统系能

2.每次获取实例都要进行非空检查，系统开销大

3.非线程安全，当多个线程同时访问getInstance()时，可能会产生多个实例

如果需要线程安全 在getInstance 加synchronized

线程安全示例

public class SlackerSingletonDemo {
    private  static SlackerSingletonDemo instance;
    private SlackerSingletonDemo(){

}
public static synchronized SlackerSingletonDemo getInstance() {
    if (instance == null) {
        instance = new SlackerSingletonDemo();
    }
    return instance;
}

}
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这种的缺点就是synchronized锁占用的资源浪费

饿汉模式

在定义类的静态私有变量同时进行实例化

public class HungrySingletonDemo {
    private static HungrySingletonDemo instance = new HungrySingletonDemo();
    private HungrySingletonDemo(){

    }

    public static HungrySingletonDemo getInstance() {
        return instance;
    }
}
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1.声明静态私有类变量，且立即实例化，保证实例化一次

2.私有构造，防止外部实例化（通过反射是可以实例化的，不考虑此种情况）

3提供public的getInstance（）方法供外部获取单例实例

好处

1.线程安全

2.获取实例速度快

缺点

类加载即初始化实例，内存浪费

DCL模式

Double Check Lock，双重锁判断机制

public class DCLSingletonDemo {
    private volatile static DCLSingletonDemo instance;
    private DCLSingletonDemo(){

    }

    public static DCLSingletonDemo getInstance() {
        if (instance == null) {
            synchronized (DCLSingletonDemo.class){
                if (instance == null) {
                    instance = new DCLSingletonDemo();
                }
            }
        }
        return instance;
    }
}
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优点

线程安全，进行双重检查，保证只在实例未初始化前进行同步，效率高

缺点

还是实例非空判断，耗费一定资源

静态内部类实现模式

线程安全，调用效率高，可以延时加载

public class StaticSingletonDemo {
    private static class StaticSingletonDemoInstance{
        private static final StaticSingletonDemo instance=new StaticSingletonDemo();
    }

    private StaticSingletonDemo(){

    }
    public static StaticSingletonDemo getInstance(){
        return StaticSingletonDemoInstance.instance;
    }
}
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优点

既避免了同步带来的性能损耗，又能够延迟加载

枚举模式

public enum  EnumSingletonDemo {
    //枚举元素本身就是单例
    INSTANCE;
    public void init() {
        System.out.println("资源初始化。。。");

    }
}
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优点：天然线程安全，可防止反射生成实例。

如何选用

-单例对象 占用资源少，不需要延时加载，枚举 好于 饿汉

-单例对象 占用资源多，需要延时加载，静态内部类 好于 懒汉

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单例模式的优缺点

优点

1.该类只存在一个实例，节省系统资源

2.对于需要频繁创建销毁的对象，使用单例模式可以提高系统性能。

缺点

不能外部实例化（new），调用人员不清楚调用哪个方法获取实例时会感到迷惑，尤其当看不到源代码时。

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总结

单例模式是一种常见的设计模式，用于确保一个类只有一个实例，并提供全局访问点。

本文介绍了几种常见的单例模式实现方式：饿汉式、懒汉式、双重检查锁、静态内部类和枚举类。

每种实现方式都有其优缺点，具体选择哪种方式取决于实际需求和场景。通过合理应用单例模式，我们可以提高系统的性能和资源利用率。

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写在最后

感谢您的支持和鼓励！