Java进阶篇设计模式之一 ----- 单例模式

前言

在刚学编程没多久就听说过设计模式的大名，不过由于当时还是个彻彻底底的菜鸟，并没有去触碰。直到在开始工作中对简单的业务代码较为熟悉之后，才正式的接触设计模式。当时最早接触的设计模式是工厂模式，不过本文讲的是单例模式，这里就留着下篇文章中在讲解。至于为什么先讲解单例模式? 那是因为单例模式是设计模式中最简单的... 。凡事总有个先后顺序，所以就先易后难了。好了，废话不多说了，开始进入正片。

设计模式简介

说明：这里说了的简介就是真的 “简介”。

什么是设计模式

设计模式是一套被反复使用的、多数人知晓的、经过分类编目的、代码设计经验的总结。

为什么使用设计模式

使用设计模式是为了重用代码、让代码更容易被他人理解、保证代码可靠性。

设计模式类型

设计模式有23种类型。按照主要分类可以分为三大类:

一、创建型模式

这些设计模式提供了一种在创建对象的同时隐藏创建逻辑的方式，而不是使用 new运算符直接实例化对象。这使得程序在判断针对某个给定实例需要创建哪些对象时更加灵活。

• 单例模式
• 工厂模式
• 抽象工厂模式
• 建造者模式
• 原型模式

二、结构型模式

这些设计模式关注类和对象的组合。继承的概念被用来组合接口和定义组合对象获得新功能的方式。

• 适配器模式
• 桥接模式
• 过滤器模式
• 组合模式
• 装饰器模式
• 外观模式
• 享元模式
• 代理模式

三、行为型模式

这些设计模式特别关注对象之间的通信。

• 责任链模式
• 命令模式
• 解释器模式
• 迭代器模式
• 中介者模式
• 备忘录模式
• 观察者模式
• 状态模式
• 空对象模式
• 策略模式
• 模板模式
• 访问者模式

设计模式的原则

设计模式的六大原则

1. 开闭原则：对扩展开放，对修改关闭。
2. 里氏代换原则：对开闭原则的补充。任何基类可以出现的地方，子类一定可以出现。LSP 是继承复用的基石，只有当派生类可以替换掉基类，且软件单位的功能不受到影响时，基类才能真正被复用，而派生类也能够在基类的基础上增加新的行为。
3. 依赖倒转原则：针对接口编程，依赖于抽象而不依赖于具体。
4. 接口隔离原则：尽量使用多个隔离的接口，为了降低类之间的耦合度。
5. 迪米特法则：一个实体应当尽量少地与其他实体之间发生相互作用，使得系统功能模块相对独立。
6. 合成复用原则：尽量使用合成/聚合的方式，而不是使用继承。

单例模式

什么是单例模式

保证一个系统中的某个类只有一个实例而且该实例易于外界访问。例如Windows界面的任务管理器就可以看做是一个单例。

单例模式的使用场景

在程序中比较常用的是数据库连接池、线程池、日志对象等等。

单例模式使用

最早我们在学习单例模式的时候，基本都会接触这两种模式：饿汉式和饱汉式(懒汉式)。

那我们先来看看这两个模式的实现。

饿汉式

定义一个私有的构造方法，并将自身的实例对象设置为一个私有属性,并加上static和final修饰符，然后通过公共的静态方法调用返回实例。

 class SingletonTest1 {  

    private SingletonTest1() {
    }
    private static final SingletonTest1 instance = new SingletonTest1();  

    public static SingletonTest1 getInstance() {
        return instance;
    }
}

饱汉式

定义一个私有的构造方法，定义一个该类静态私有的变量，然后定义一个公共的静态方法，对该类的值进行空判断，不为空直接返回，否则重新构建一个。

class SingletonTest2 {

     private SingletonTest2() {
     }   

     private static SingletonTest2 instance;   

     public static SingletonTest2 getInstance() {
         if (instance == null) {
			instance = new SingletonTest2();
		}
         return instance;
     }
 }

简单的介绍了这两种的模式，然后我们再来看看这两种模式的优缺点吧。

饿汉式

• 优点：写起来很简单，并且不会因为不加synchronized关键字而造成的线程不安全问题。
• 缺点：当该类被加载的时候，会初始化该实例和静态变量并被创建并分配内存空间，并且会一直占用内存。

饱汉式

• 优点：写起来很简单，在第一次调用的时候才会初始化，节省了内存。
• 缺点：线程不安全，多个线程调用可能会出现多个实例。
• 总结：书写简单，线程不安全，效率还行。

虽然 饱汉式可以通过加上synchronized关键字保证线程安全。但是效率方法来说还不说是最优。

这里在介绍下个人认为在JDK1.5之前最优的两种写法，一种是静态内部类，另一种是双重锁检查。

静态内部类

定义一个私有的构造方法，定义一个该类私有静态的内部类，然后在内部类中定义一个该类的静态变量，然后通过公共的final修饰的静态方法调用返回实例。

  class  SingletonTest4 {
	  private SingletonTest4(){
	    }
	   private static class SingletonTest5{
	       private static SingletonTest4 instance = new SingletonTest4();
	    }
	    public static final SingletonTest4 getInstance(){
	        return SingletonTest5.instance;
	    }
   }

因为该类的内部类是私有的，除了对外公布的公共静态方法getInstance()，是无法访问的。因为它是延迟加载，所以读取读取实例的时候不会进行同步，几乎没有性能的缺陷，而且还是线程安全的，并且不依赖JDK的版本。

双重锁检查

定义一个私有构造方法，通过volatile定义静态私有变量，保证了该变量的可见性，然后定义一个共有的静态方法，第一次对该对象实例化时与否判断，不为空直接返回，提升效率；然后使用synchronized 进行同步代码块，防止对象未初始化时，在多线程访问该对象在第一次创建后，再次重复的被创建；然后第二次对该对象实例化时与否判断，如果未初始化，则初始化，否则直接返回该实例。

  class SingletonTest6 {
        private SingletonTest6() {
        }
        private static volatile SingletonTest6 instance;
        public static SingletonTest6 getIstance() {
            if (instance == null) {
                synchronized (SingletonTest6.class) {
                    if (instance == null) {
                        instance = new SingletonTest6();
                    }
                }
            }
            return instance;
        }
    }

这种模式在很长的一段时间内可以说是最优的了，内存占用低，效率高，线程安全，多线程操作原子性。但是有个缺点就是书写麻烦，对新手不太友好。

JDK1.5之后出现了枚举，并且完美支持单例模式，并且线程安全、效率高！但是这些不是最重要的，最重要的是书写超级简单！究竟有多简单，看下面的示例应该就可以了解一下了。。。

枚举单例

 enum SingletonTest7{
    	INSTANCE;
     }

对的，你没看错，就这点代码，其它不需要了。。。

枚举需要在JDK1.5之后的版本，它无偿提供序列化机制，绝对防止多次实例化，即使在面对复杂的序列化或者反射攻击的时候。这种方法也被Effective Java作者Josh Bloch 所提倡。

总结

单例模式的几种使用就到这了，那么我们来总结下使用单例模式需要注意什么(不包括枚举)。

1. 构造方法私有化（private）;
2. 定义一个私有(private)静态(static)实例化对象;
3. 对外提供一个公共(public)静态(static)的方法得到该实例;

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作者：虚无境

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