【设计模式】第4节：创建型模式之“单例模式”

news2024/9/22 11:32:25

一、介绍

采取一定的方法保证在整个的软件系统中，对某个类只能存在一个对象实例，并且该类只提供一个取得其对象实例的方法。

不使用单例模式的UML类图：

请添加图片描述

使用单例模式的UML类图：

请添加图片描述

使用场景：

需要频繁创建或销毁的对象
创建对象耗时过多或耗费资源过多，但又经常用到
工具类对象
频繁访问数据库或文件的对象

二、Java版实现

1. 饿汉式（静态常量）

//饿汉式(静态变量)
class Singleton {
	
	//1. 构造器私有化, 外部能new
	private Singleton() {
		
	}
	
	//2.本类内部创建对象实例
	private final static Singleton instance = new Singleton();
	
	//3. 提供一个公有的静态方法，返回实例对象
	public static Singleton getInstance() {
		return instance;
	}
}

优点：写法简单，在类装载的时候就完成了实例化，避免了线程同步问题。

缺点：在类加载的时候完成实例化，没有达到懒加载的效果，可能造成内存浪费。

2. 饿汉式（静态代码块）

//饿汉式(静态变量)
class Singleton {
	
	//1. 构造器私有化, 外部能new
	private Singleton() {
		
	}
	
	//2.本类内部创建对象实例
	private  static Singleton instance;
	
	static { // 在静态代码块中，创建单例对象
		instance = new Singleton();
	}
	
	//3. 提供一个公有的静态方法，返回实例对象
	public static Singleton getInstance() {
		return instance;
	}
}

优缺点同上。

3. 懒汉式（线程不安全）

class Singleton {
	private static Singleton instance;
	
	private Singleton() {}
	
	//提供一个静态的公有方法，当使用到该方法时，才去创建 instance
	//即懒汉式
	public static Singleton getInstance() {
		if(instance == null) {
			instance = new Singleton();
		}
		return instance;
	}
}

优缺点：起到了懒加载的效果，但只能在单线程下使用，多线程可能创建多个实例。

3. 懒汉式（线程安全，同步方法）

// 懒汉式(线程安全，同步方法)
class Singleton {
	private static Singleton instance;
	
	private Singleton() {}
	
	//提供一个静态的公有方法，加入同步处理的代码，解决线程安全问题
	//即懒汉式
	public static synchronized Singleton getInstance() {
		if(instance == null) {
			instance = new Singleton();
		}
		return instance;
	}
}

优缺点：解决了线程安全问题，但效率太低，每个线程在想获得类的实例时候，都需要进行同步。

5. 双重检查

class Singleton {
	private static volatile Singleton instance;
	
	private Singleton() {}
	
	//提供一个静态的公有方法，加入双重检查代码，解决线程安全问题, 同时解决懒加载问题
	//同时保证了效率, 推荐使用
	
	public static synchronized Singleton getInstance() {
		if(instance == null) {
			synchronized (Singleton.class) {
				if(instance == null) {
					instance = new Singleton();
				}
			}
			
		}
		return instance;
	}
}

优缺点：实例代码只需要执行一次，后面再访问时，会被外层判空语句拦截，避免反复进行方法同步。延迟加载，效率较高。

6. 静态内部类

// 静态内部类完成， 推荐使用
class Singleton {
	private static volatile Singleton instance;
	
	//构造器私有化
	private Singleton() {}
	
	//写一个静态内部类,该类中有一个静态属性 Singleton
	private static class SingletonInstance {
		private static final Singleton INSTANCE = new Singleton(); 
	}
	
	//提供一个静态的公有方法，直接返回SingletonInstance.INSTANCE
	
	public static synchronized Singleton getInstance() {
		
		return SingletonInstance.INSTANCE;
	}
}

静态内部类的特点：当外部类装载时，静态内部类不会立即实例化，而是在真正用到时才会实例化。并且静态内部类保证了线程的安全性。

7. 枚举

package com.atguigu.singleton.type8;

public class SingletonTest08 {
	public static void main(String[] args) {
		Singleton instance = Singleton.INSTANCE;
		Singleton instance2 = Singleton.INSTANCE;
		System.out.println(instance == instance2);
		
		System.out.println(instance.hashCode());
		System.out.println(instance2.hashCode());
		
		instance.sayOK();
	}
}

//使用枚举，可以实现单例, 推荐
enum Singleton {
	INSTANCE; //属性
	public void sayOK() {
		System.out.println("ok~");
	}
}

优缺点：不仅可以避免多线程同步问题，而且还能防止反序列化重新创建新的对象。

三、Golang版实现

1. 饿汉式

package main

import "fmt"

type Singleton struct {	
	Name string
}

var SingletonInstance Singleton

func init() {
	SingletonInstance = Singleton{"singleTonName"};
}

func main() {
	fmt.Printf("SingletonInstance: %v", SingletonInstance)
}

通过init函数在初始化的时候加载单例类的实例。

2. 懒汉式

package main

import (
	"fmt"
	"sync"
)

type Singleton struct {	
	Name string
}

var (
   SingletonInstance Singleton
   SingletonOnce     sync.Once
)

func GetInstance() Singleton {
   SingletonOnce.Do(func() {
      SingletonInstance = Singleton{"SingletonName"}
   })
   return SingletonInstance
}

func main() {
	GetInstance()
	fmt.Printf("SingletonInstance: %v", SingletonInstance)
}