Java描述設(shè)計模式(01)：單例模式

一、單例模式

1、概念圖解

單例設(shè)計模式定義：確保這個類只有一個實(shí)例，并且自動的實(shí)例化向系統(tǒng)提供這個對象。

十余年的成武網(wǎng)站建設(shè)經(jīng)驗(yàn)，針對設(shè)計、前端、開發(fā)、售后、文案、推廣等六對一服務(wù)，響應(yīng)快，48小時及時工作處理。全網(wǎng)營銷推廣的優(yōu)勢是能夠根據(jù)用戶設(shè)備顯示端的尺寸不同，自動調(diào)整成武建站的顯示方式，使網(wǎng)站能夠適用不同顯示終端，在瀏覽器中調(diào)整網(wǎng)站的寬度，無論在任何一種瀏覽器上瀏覽網(wǎng)站，都能展現(xiàn)優(yōu)雅布局與設(shè)計，從而大程度地提升瀏覽體驗(yàn)。創(chuàng)新互聯(lián)從事“成武網(wǎng)站設(shè)計”,“成武網(wǎng)站推廣”以來，每個客戶項目都認(rèn)真落實(shí)執(zhí)行。

2、樣例代碼

package com.model.test;
public class Singleton {
    // 使用靜態(tài)變量記錄唯一實(shí)例
    private static Singleton singleton = null;
    private Singleton (){}
    public static Singleton getInstance (){
        if (singleton == null){
            singleton = new Singleton() ;
        }
        return singleton ;
    }
    public static void main(String[] args) {
        Singleton singleton1 = Singleton.getInstance() ;
        Singleton singleton2 = Singleton.getInstance() ;
        /**
         * com.model.test.Singleton@15db9742
         * com.model.test.Singleton@15db9742
         */
        System.out.println(singleton1);
        System.out.println(singleton2);
    }
}

Singleton稱為單例類，構(gòu)造函數(shù)使用private修飾，確保系統(tǒng)中只能產(chǎn)生一個實(shí)例，并且自動生成的。上面代碼也就是所謂的懶漢式加載：只有到使用該對象的時候才來創(chuàng)建，意思餓了才來做飯吃。

二、線程安全問題

在上面的代碼中存在一個很明顯的線程安全問題，當(dāng)有多條線程來請求對象實(shí)例的時候，因?yàn)閷ο蟮膭?chuàng)建是需要時間的，假設(shè)A線程進(jìn)來判斷singleton == null，就會進(jìn)入對象的創(chuàng)建過程，這時如果同時在過來幾條線程，那么他們都會得到一個對象實(shí)例，這個就是所謂的線程安全問題。

1、同步控制方式

package com.model.test;
public class Singleton {
    // 使用靜態(tài)變量記錄唯一實(shí)例
    private static Singleton singleton = null;
    private Singleton (){}
    public static synchronized Singleton getInstance (){
        if (singleton == null){
            singleton = new Singleton() ;
        }
        return singleton ;
    }
}

這樣操作會影響系統(tǒng)性能

2、餓漢式加載

public class Singleton {
    // 使用靜態(tài)變量記錄唯一實(shí)例
    private static Singleton singleton = new Singleton();
    private Singleton (){}
    public static Singleton getInstance (){
        return singleton ;
    }
}

這里先把對象創(chuàng)建出來，有需要直接使用；

3、雙重檢查

public class Singleton {
    // 使用靜態(tài)變量記錄唯一實(shí)例
    // volatile可以確保當(dāng)singleton被初始化后，多線程才可以正確處理
    // 被volatile修飾的變量的值，將不會被本地線程緩存
    // 對該變量讀寫都是直接操作共享內(nèi)存，確保多個線程能正確的處理該變量。
    private static volatile Singleton singleton = null ;
    private Singleton (){}
    public static Singleton getInstance (){
        // 如果實(shí)例不存在，則進(jìn)入同步區(qū)
        if (singleton == null){
            // 只有第一次才會徹底執(zhí)行這里面的代碼
            synchronized (Singleton.class) {
                if (singleton == null){
                    singleton = new Singleton() ;
                }
            }
        }
        return singleton ;
    }
}

4、枚舉方式

package com.model.design.base.node01.singleton;
import org.junit.Test;
/**
 * 類級內(nèi)部類里面創(chuàng)建對象實(shí)例
 */
public class C06_Singleton {
 @Test
 public void test01 (){
 SingletonDemo INSTANCE1 = SingletonDemo.INSTANCE ;
 SingletonDemo INSTANCE2 = SingletonDemo.INSTANCE ;
 System.out.println(INSTANCE1 == INSTANCE2);
 INSTANCE1.info();
 INSTANCE2.info();
 }
}
enum SingletonDemo {
 INSTANCE ;
 public void info (){
 System.out.println("枚舉方式實(shí)現(xiàn)單例");
 }
}

三、延遲類初始化

1、基礎(chǔ)概念

1)、類級內(nèi)部類
簡單點(diǎn)說，類級內(nèi)部類指的是，有static修飾的成員式內(nèi)部類。如果沒有static修飾的成員式內(nèi)部類被稱為對象級內(nèi)部類。
類級內(nèi)部類相當(dāng)于其外部類的static成分，它的對象與外部類對象間不存在依賴關(guān)系，因此可直接創(chuàng)建。而對象級內(nèi)部類的實(shí)例，是綁定在外部對象實(shí)例中的。
類級內(nèi)部類中，可以定義靜態(tài)的方法。在靜態(tài)方法中只能夠引用外部類中的靜態(tài)成員方法或者成員變量。
類級內(nèi)部類相當(dāng)于其外部類的成員，只有在第一次被使用的時候才被會裝載。

2)、多線程缺省同步鎖
在多線程開發(fā)中，為了解決并發(fā)問題，主要是通過使用synchronized來加互斥鎖進(jìn)行同步控制。但是在某些情況中，JVM已經(jīng)隱含地執(zhí)行了同步，這些情況下就不用自己再來進(jìn)行同步控制了。這些情況包括：

　　1.由靜態(tài)初始化器（在靜態(tài)字段上或static{}塊中的初始化器）初始化數(shù)據(jù)時
　　2.訪問final字段時
　　3.在創(chuàng)建線程之前創(chuàng)建對象時
　　4.線程可以看見它將要處理的對象時

2、實(shí)現(xiàn)方式

要想很簡單地實(shí)現(xiàn)線程安全，可以采用靜態(tài)初始化器的方式，它可以由JVM來保證線程的安全性。比如前面的餓漢式實(shí)現(xiàn)方式，在類裝載的時候就初始化對象，不管是否需要，存在一定的空間浪費(fèi)。
一種可行的方式就是采用類級內(nèi)部類，在這個類級內(nèi)部類里面去創(chuàng)建對象實(shí)例。這樣一來，只要不使用到這個類級內(nèi)部類，那就不會創(chuàng)建對象實(shí)例，從而同時實(shí)現(xiàn)延遲加載和線程安全。

public class LazySingleton {
    /**
     * 類級內(nèi)部類
     */
    private static class SingletonHolder {
        private static LazySingleton lazySingleton = new LazySingleton() ;
    }
    public static LazySingleton getInstance (){
        return SingletonHolder.lazySingleton ;
    }
    public static void main(String[] args) {
        LazySingleton lazySingleton1 = LazySingleton.getInstance() ;
        LazySingleton lazySingleton2 = LazySingleton.getInstance() ;
        /**
         * com.model.test.LazySingleton@15db9742
         * com.model.test.LazySingleton@15db9742
         */
        System.out.println(lazySingleton1+";;"+lazySingleton2);
    }
}

四、JDK源碼單例模式

Runtime單例實(shí)現(xiàn)源碼。

1、案例演示

/**
 * JDK 單例模式分析
 */
public class C07_Singleton {
 public static void main(String[] args) {
 Runtime runtime1 = Runtime.getRuntime() ;
 Runtime runtime2 = Runtime.getRuntime() ;
 /*
 * 1229416514
 * 1229416514
 */
 System.out.println(runtime1.hashCode());
 System.out.println(runtime2.hashCode());
 }
}

2、源代碼分析

public class Runtime {
 private static Runtime currentRuntime = new Runtime();
 public static Runtime getRuntime() {
 return currentRuntime;
 }
 private Runtime() {}
}

基于餓漢模式實(shí)現(xiàn)的單例模式。

五、Spring框架中應(yīng)用

1、創(chuàng)建測試類

public class UserBean {
}

2、Spring配置文件

<!-- 單例Bean -->
<bean id="user" 
class="com.model.design.spring.node01.singleton.UserBean" />

3、測試讀取Bean對象

package com.model.design.spring.node01.singleton;
import org.junit.Test;
import org.springframework.context.ApplicationContext;
import org.springframework.context.support.ClassPathXmlApplicationContext;
/**
 * Spring框架中單例模式
 */
public class S01_Singleton {
    @Test
    public void test01 (){
        ApplicationContext context01 = new ClassPathXmlApplicationContext("/spring/spring-context.xml");
        ApplicationContext context02 = new ClassPathXmlApplicationContext("/spring/spring-context.xml");
        UserBean user01 = (UserBean)context01.getBean("user") ;
        UserBean user02 = (UserBean)context01.getBean("user") ;
        UserBean user03 = (UserBean)context02.getBean("user") ;
        // com.model.design.spring.node01.singleton.UserBean@364841
        System.out.println(user01);
        // com.model.design.spring.node01.singleton.UserBean@364841
        System.out.println(user02);
        // com.model.design.spring.node01.singleton.UserBean@c4711c
        System.out.println(user03);
    }
}

結(jié)論
Spring單例模式與純粹的單例設(shè)計模式的主要區(qū)別
盡管使用相同的類加載器來加載兩個應(yīng)用程序上下文，但是UserBean的實(shí)例是不一樣的。也就是Spring框架中的單例對象是基于應(yīng)用程序中。

六、單例模式總結(jié)

1、注意事項

單例模式注意事項和細(xì)節(jié)說明
1) 單例模式保證了 系統(tǒng)內(nèi)存中該類只存在一個對象，節(jié)省了系統(tǒng)資源，對于一些需要頻繁創(chuàng)建銷毀的對象，使用單例模式可以提高系統(tǒng)性能。
2) 當(dāng)想實(shí)例化一個單例類的時候，必須要記住使用相應(yīng)的獲取對象的方法，而不是使用new Object() 的方式。
3) 單例模式使用的場景：需要頻繁的進(jìn)行創(chuàng)建和銷毀的對象、創(chuàng)建對象時耗時過多或耗費(fèi)資源過多(即：重量級對象)，但又經(jīng)常用到的對象。

2、優(yōu)缺點(diǎn)

優(yōu)點(diǎn)：
1、單例模式只會創(chuàng)建一個對象實(shí)例，減少內(nèi)存消耗
2、設(shè)置全局訪問點(diǎn)，優(yōu)化共享資源的訪問
缺點(diǎn)：
1、沒有接口，很難擴(kuò)展
2、不利于測試
3、與單一職責(zé)原則沖突

七、源代碼地址

GitHub地址：知了一笑
https://github.com/cicadasmile/model-arithmetic-parent
碼云地址：知了一笑
https://gitee.com/cicadasmile/model-arithmetic-parent

文章題目：Java描述設(shè)計模式(01)：單例模式
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