GoF 23 种设计模式之单例模式

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发布于: 2020 年 06 月 23 日
概念﻿
单例模式是设计模式中使用最为普遍的模式之一。它是一种对象创建模式，用于产生一个对象的具体实例，它可以确保系统中一个类只产生一个实例。
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在Java语言中，这样的行为能带来两大好处。  
1\. 对于频繁使用的对象，可以省略创建对象所花费的时间，这对于一些重量级的对象而言，是非常可观的一笔系统开销。  
2\. 由于new操作的次数减少，因而对系统内存的使用频率也会降低，这将减轻GC压力，缩短GC停顿时间。
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角色﻿
单例模式的参与者非常简单，只有单例类和使用者两个。  
1\. 单例类，提供单例的工程，返回单例类。  
2\. 使用者，获取并使用单例类。
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基本结构﻿
单例模式的核心在于通过一个接口返回唯一的对象实例。
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饿汉模式﻿
饿汉模式的单例，在JVM加载单例类时，单例对象就会被建立。如果此时，这个单例类在系统中还扮演者其他角色，那么在任何使用这个单例类的地方都会初始化这个单例变量，而不管是否会被用到。
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//饿汉模式
public class HungrySingleton {
    //利用静态变量来记录singleton的唯一实例
    private final static HungrySingleton uniqueInstance=new HungrySingleton();
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    /** * 构造器私有化，只有singleton内部才可以调用 * 确保不会被其他代码实例化 */
    private HungrySingleton(){
        System.out.println("HungrySingleton is create");
    }
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    public static HungrySingleton getInstance(){
        return uniqueInstance;
    }
    //其他角色
    public static void createString(){
        System.out.println("createString in HungrySingleton");
    }
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    public static void main(String[] args) {
        HungrySingleton.createString();
    }
}
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运行结果：  
`HungrySingleton is create  
createString in HungrySingleton`
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懒汉模式﻿
懒汉模式，实现延迟加载，确保系统启动时没有额外的负载，提高系统在相关函数调用时的反应速度。
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线程不安全的懒汉﻿
//线程不安全的懒汉模式
public class NoSafeSingleton {
    //利用静态变量来记录singleton的唯一实例
    private static NoSafeSingleton uniqueInstance;
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    /** * 构造器私有化，只有singleton内部才可以调用 * 确保不会被其他代码实例化 */
    private NoSafeSingleton(){
    }
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    //线程不安全
    //第一个线程进来判断 uniqueInstance == null，还没有new 出实例的时候 。
    // 这个时候第二个线程也进来了，判断的uniqueInstance 也是 null，然后也会 new 出实例的
    public static NoSafeSingleton getInstance(){
        if (null==uniqueInstance){
            uniqueInstance=new NoSafeSingleton();
        }
        return uniqueInstance;
    }
}
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线程安全的懒汉﻿
为了使用延迟加载引入的同步关键字反而降低了系统性能。
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//线程安全的懒汉模式-实现延迟加载
public class SyncLazySingleton {
    private SyncLazySingleton() {
        System.out.println("SyncLazySingleton is create");
    }
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    //instance初始值赋予null，确保系统启动时没有额外的负载
    private static SyncLazySingleton instance = null;
﻿
    //使用同步关键字，防止多个实例被创建（多线程环境），synchronized保证线程安全
    public static synchronized SyncLazySingleton getInstance() {
        if (instance == null) {
            instance = new SyncLazySingleton();
        }
        return instance;
    }
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    //synchronized保证线程安全，降低了系统性能
    public static void main(String[] args) {
        new Thread(){
            public void run(){
                long bg = System.currentTimeMillis();
                for (int i = 0; i < 1000000; i++) {
// HungrySingleton.getInstance();
                     SyncLazySingleton.getInstance();
                }
                System.out.println("spend:" + (System.currentTimeMillis() - bg)+"ms");
            }
        }.start();
    }
}
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`HungrySingleton is create  
spend:5ms`
﻿
`SyncLazySingleton is create  
spend:22ms`
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内部类实现单例﻿
使用内部类的方式实现单例，既可以做到延迟加载，也不必使用同步关键字，是一种比较完善的实现。
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//安全的懒汉模式-使用内部类实现单例 ，实现延迟加载
public class StaticSingleton {
    private StaticSingleton(){
        System.out.println("StaticSingleton is create");
    }
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    //JVM加载 StaticSingleton时不会初始化内部类SingletonHolder
    //当方法getInstance()被调用时，才会加载getInstance()
    private static class SingletonHolder{
        private static StaticSingleton instance=new StaticSingleton();
    }
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    public static StaticSingleton getInstance(){
        return SingletonHolder.instance;
    }
﻿
    public static void main(String[] args) {
        StaticSingleton instance=StaticSingleton.getInstance();
        System.out.println(instance);
    }
}
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单例序列化﻿
//序列化和反序列化可能会破坏单例
public class SerSingleton implements Serializable {
﻿
    //私有构造器阻止被实例化
    private SerSingleton() {
    }
﻿
    private static class SingletonHolder {
        private static final SerSingleton instance = new SerSingleton();
    }
﻿
    public static SerSingleton getInstance() {
        return SingletonHolder.instance;
    }
﻿
    //序列化和反序列化可能会破坏单例
    //readResolve method to preserve singleton property
    //阻止生成新的实例，总是返回当前对象
    private Object readResolve(){
        //Return the true one SerSingleton and let garbage collector
        // take care of the SerSingleton impersonator.
        return SingletonHolder.instance;
    }
﻿
}
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最简洁的单例﻿
//最简洁的单例模式
//无偿地提供了序列化机制，绝对防止多次实例化
public enum SingletonEnum {
    INSTANCE;
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    public static void main(String[] args) {
        SingletonEnum singletonEnum = SingletonEnum.INSTANCE;
        SingletonEnum singletonEnum1 = SingletonEnum.INSTANCE;
﻿
        System.out.println(singletonEnum == singletonEnum1);
        System.out.println(singletonEnum.getClass());
    }
}
﻿
`true  
class org.wuxinshui.boosters.designPatterns.singleton.SingletonEnu`
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破坏单例﻿
通过反射机制，强行调用单例类的构造函数，生成多个单例，破坏单例模式。
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StaticSingleton中添加计数器。
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    public static final AtomicInteger counter=new AtomicInteger();
    private StaticSingleton(){
        counter.incrementAndGet();
        System.out.println("The "+(counter.get())+" StaticSingleton instance is created");
    }
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//利用反射破坏单例模式
public class ReflectSingleton {
    public static void main(String[] args) throws Exception {
        StaticSingleton singleton = StaticSingleton.getInstance();
﻿
        Constructor constructor=singleton.getClass().getDeclaredConstructor();
﻿
        //值为 true 则指示反射的对象在使用时应该取消 Java 语言访问检查。
        // 值为 false 则指示反射的对象应该实施 Java 语言访问检查。
        constructor.setAccessible(true);
﻿
        StaticSingleton singleton2= (StaticSingleton) constructor.newInstance();
        StaticSingleton singleton3= (StaticSingleton) constructor.newInstance();
﻿
        System.out.println("singleton2==singleton3 ："+(singleton2==singleton3));
    }
}
﻿
运行结果：
﻿
The 1 StaticSingleton instance is created
The 2 StaticSingleton instance is created
The 3 StaticSingleton instance is created
singleton2==singleton3 ：false
﻿
发布于: 2020 年 06 月 23 日阅读数: 93
原文链接:【http://xie.infoq.cn/article/b9a74f2cd23c5f77bafb903f6】。文章转载请联系作者。
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路漫漫其修远兮 2018.08.16 加入
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