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设计模式之单例模式

作者:乌龟哥哥
  • 2022 年 5 月 11 日
  • 本文字数:2167 字

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设计模式之单例模式

单例设计模式理解起来非常简单。一个类只允许创建一个对象(或者实例),那这个类就是一个单例类,这种设计模式就叫单例模式。

使用场景

处理资源访问冲突

下面的示例中如果每个类都创建一个 Logger 实例,就可能造成日志内容被覆盖的情况。


public class Logger {  private FileWriter writer;
public Logger() { File file = new File("log.txt"); writer = new FileWriter(file, true); //true表示追加写入 }
public void log(String message) { writer.write(mesasge); }}

public class UserController { private Logger logger = new Logger();
public void login(String username, String password) { // ...省略业务逻辑代码... logger.log(username + " logined!"); }}
public class OrderController { private Logger logger = new Logger();
public void create(OrderVo order) { // ...省略业务逻辑代码... logger.log("Created an order: " + order.toString()); }}
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表示全局唯一类

如果有些数据在系统中只应保存一份,那就比较适合设计为单例类。比如,配置信息类,全局 ID 生成器等。

如何实现一个单例?

要实现一个单例,我们要考虑以下几点:


  • 构造函数需要是 private 访问权限的,这样才能避免外部通过 new 创建实例;

  • 考虑对象创建时的线程安全问题;

  • 考虑是否支持延迟加载;

  • 考虑 getInstance() 性能是否高(是否加锁)。

饿汉式

public class Singleton {  private static final Singleton instance = new Singleton();
private Singleton() {}
public static Singleton getInstance() { return instance; }}
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懒汉式

懒汉式相对于饿汉式的优势是支持延迟加载。但缺点也很明显,因为使用了synchronized关键字导致这个方法的并发度很低。如果这个单例类偶尔会被用到,那这种实现方式还可以接受。但是,如果频繁地用到,就会导致性能瓶颈,这种实现方式就不可取了。


public class Singleton {  private static Singleton instance;
private Singleton() {}
public static synchronized Singleton getInstance() { if (instance == null) { instance = new Singleton(); } return instance; }}
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双重检测

这是一种既支持延迟加载、又支持高并发的单例实现方式。


public class Singleton {  private static Singleton instance;
private Singleton() {}
public static Singleton getInstance() { if (instance == null) { synchronized(Singleton.class) { // 此处为类级别的锁 if (instance == null) { instance = new Singleton(); } } } return instance; }}
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在 java1.5 以下instance = new Singleton();有指令重排问题,需要给instance成员变量加上volatile关键字,java1.5 之后不会再这个有问题。

静态内部类

这种方式利用了 Java 的静态内部类,有点类似饿汉式,但又能做到了延迟加载。


当外部类 Singleton 被加载的时候,并不会创建 SingletonHolder 实例对象。只有当调用 getInstance() 方法时,SingletonHolder 才会被加载,这个时候才会创建 instance。insance 的唯一性、创建过程的线程安全性,都由 JVM 来保证。所以,这种实现方法既保证了线程安全,又能做到延迟加载。


public class Singleton {  private Singleton() {}
private static class SingletonHolder{ private static final Singleton instance = new Singleton(); }
public static Singleton getInstance() { return SingletonHolder.instance; }}
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枚举

这是一种最简单的实现方式,基于枚举类型的单例实现。这种实现方式通过 Java 枚举类型本身的特性,保证了实例创建的线程安全性和实例的唯一性。


public enum IdGenerator {  INSTANCE;  private AtomicLong id = new AtomicLong(0);
public long getId() { return id.incrementAndGet(); }}
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如何实现线程唯一的单例?

上面的单例类对象是进程唯一的,一个进程只能有一个单例对象。那如何实现一个线程唯一的单例呢?


假设 IdGenerator 是一个线程唯一的单例类。在线程 A 内,我们可以创建一个单例对象 a。因为线程内唯一,在线程 A 内就不能再创建新的 IdGenerator 对象了,而线程间可以不唯一,所以,在另外一个线程 B 内,我们还可以重新创建一个新的单例对象 b。


我们通过一个 ConcurrentHashMap 来存储对象,其中 key 是线程 ID,value 是对象。这样我们就可以做到,不同的线程对应不同的对象,同一个线程只能对应一个对象。实际上,Java 语言本身提供了 ThreadLocal 工具类,可以更加轻松地实现线程唯一单例。


public class IdGenerator {  private AtomicLong id = new AtomicLong(0);
private static final ConcurrentHashMap<Long, IdGenerator> instances = new ConcurrentHashMap<>();
private IdGenerator() {}
public static IdGenerator getInstance() { Long currentThreadId = Thread.currentThread().getId(); instances.putIfAbsent(currentThreadId, new IdGenerator()); return instances.get(currentThreadId); }
public long getId() { return id.incrementAndGet(); }}
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乌龟哥哥

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正在努力寻找offer的大四小菜鸟 2021.03.16 加入

擅长 Hbuilder、VS Code、MyEclipse、AppServ、PS 等软件的安装与卸载 精通 Html、CSS、JavaScript、jQuery、Java 等单词的拼写 熟悉 Windows、Linux、 等系统的开关机 看–时间过得多快,不说了,去搬砖了

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