单例模式的定义与特点
老弟觉得，为了节省内存资源，保证数据内容的全局一致性，要求某些类只能创建一个实例，这就是所谓的单例模式。
单例（Singleton）模式的定义：指一个类只有一个实例，且该类能自行创建这个实例的一种模式。
在计算机系统中，还有 Windows 的回收站、操作系统中的文件系统、多线程中的线程池、显卡的驱动程序对象、打印机的后台处理服务、应用程序的日志对象、数据库的连接池、网站的计数器、Web 应用的配置对象、应用程序中的对话框、系统中的缓存等常常被设计成单例。
单例模式有 3 个特点：
1.单例类只有一个实例对象。
2.该单例对象必须由单例类自行创建。
3.单例类对外提供一个访问该单例的全局访问点。
单例模式的结构与实现
单例模式是设计模式中最简单的模式之一。通常，普通类的构造函数是公有的，外部类可以通过“new 构造函数()”来生成多个实例。但是，如果将类的构造函数设为私有的，外部类就无法调用该构造函数，也就无法生成多个实例。这时该类自身必须定义一个静态私有实例，并向外提供一个静态的公有函数用于创建或获取该静态私有实例。
1. 单例模式的结构
单例模式的主要角色如下
单例类：包含一个实例且能自行创建这个实例的类。
访问类：使用单例的类。
单例模式有很多种实现的方式，例如：懒汉式、恶汉式、静态内部类模式和枚举。但是懒汉式和饿汉式通常不作为我们的技术方案，通常会使用静态内部类的模式来构建单例。
2. 单例模式的实现
2.1 懒汉式
public class LazySingletonUnsafe01 {
private static LazySingletonUnsafe01 INSTANCE;
private LazySingletonUnsafe01(){}
public static LazySingletonUnsafe01 getInstance(){
if ( null == INSTANCE ){ //非原子操作 ，线程不安全
// tmp line 01
INSTANCE = new LazySingletonUnsafe01();
}
return INSTANCE;
}
}
懒汉式的单例模式是在类初始化时先不对静态变量 INSTANCE 初始化，该类的构造器为私有，故而获得该类实例只能通过getInstance方法，在获得该类实例前判断是否为空，若为空则创建该实例并返回。代码看起来没有什么问题，但是常言道Java天生就是多线程的，不支持并发的程序不是好码农，这个程序并不是线程安全的。例如，敏感词表，如果两个线程同时执行该方法并且同时运行到 “tmp line 01” ，就一定会创建两个实例对象。这违背了单例模式的意义。所以，在java程序中为了保证线程安全，要在方法上加上synchronized。当然你也可是使用Lock的实现类ReentranLock来作为synchronized的替代。
public class LazySingletonSafe01 {
private static LazySingletonSafe01 INSTANCE;
private LazySingletonSafe01(){}
public static synchronized LazySingletonSafe01 getInstance(){
if ( null == INSTANCE ){
INSTANCE = new LazySingletonSafe01();
}
return INSTANCE;
}
}
但是，该方案的弊端就是，想要获得实例就必须先获取对象的锁（这里是静态方法所以指的是类对象）。程序中如果多处用到该实例，类似操作的线程都需要申请这个锁，难免会发生阻塞，效率低下。所以就衍生出来双重校验的模式。
public class LazySingletonSafe02 {
private volatile static LazySingletonSafe02 INSTANCE;
private LazySingletonSafe02(){}
public static LazySingletonSafe02 getInstance(){//双重验证保证安全
if ( null == INSTANCE ){
synchronized (LazySingletonSafe02.class){
if ( null == INSTANCE ){
// tmp line 01
INSTANCE = new LazySingletonSafe02();
}
}
}
return INSTANCE;
}
}
所谓的双重校验，在该方法的层面只是进行了二次判断，在创建实例后其他线程不再需要获取锁来得到实例。双重校验的关键在于“volatile”，仅仅使用sychronized并不能解决JVM指令重排序的问题。
2.2 饿汉式
public class HungrySingleton01 {
private final static HungrySingleton01 INSTANCE = new HungrySingleton01();
private HungrySingleton01(){}
public static HungrySingleton01 getInstance(){
return INSTANCE;
}
}
饿汉式在静态变量初始化时赋初值。
public class HungrySingleton02 {
private static HungrySingleton02 INSTANCE ;
static {
INSTANCE = new HungrySingleton02();
}
private HungrySingleton02(){}
public static HungrySingleton02 getInstance(){
return INSTANCE;
}
}
也可以写成在静态初始化块中初始化静态变量。
2.3 静态内部类
public class DefaultLabelVocabularyDictionary {
// 日志对象
private static final Logger LOGGER = LoggerFactory.getLogger(DefaultLabelVocabularyDictionary.class);
// 字典容器
private Map<String, String> dictionary;
// 私有构造器
private DefaultLabelVocabularyDictionary() {
// mock
dictionary = Collections.UnmodifiableMap(dict);
}
// 静态内部类，声明外部类对象，静态初始化块初始化INSTANCE实例，确保对象唯一。
private static class Holder {
private static final DefaultLabelVocabularyDictionary INSTANCE;
static {
try {
LOGGER.info("To load Default Label Vocabulary Dictionary from path:{}", DICT_FILE_PATH);
INSTANCE = new DefaultLabelVocabularyDictionary();
} catch (Exception e) {
// 此处可以自定义Exception，方便在日志中找到字典初始化异常的信息
throw new IllegalStateException("Loading Default Label Vocabulary Dictionary fail!", e);
}
}
}
public static boolean containsKey(String key) {
return Holder.INSTANCE.dictionary.containsKey(key);
}
public static Map<String, String> getInstance() {
return Holder.INSTANCE.dictionary;
}
}
老弟在实际编码中使用到的静态内部类创建单例模式的字典的代码，对外暴露的只有功能性的方法，且Collections.UnmodiableMap()方法会把Map包装成一个不可更改的对象。
2.4 枚举
使用枚举类型能保证枚举类中的每个对象在全局都是单例的，但是一般枚举类作为全局的异常、code、基础类型等，目前在在下的码历中并未发现有使用枚举做单例的代码。但是实现起来很简单，此处也就不书写示例代码了。
3. 单例模式的应用场景
前面分析了单例模式的结构与特点，以下是它通常适用的场景的特点。
在应用场景中，某类只要求生成一个对象的时候。
当对象需要被共享的场合。由于单例模式只允许创建一个对象，共享该对象可以节省内存，并加快对象访问速度。
当某类需要频繁实例化，而创建的对象又频繁被销毁的时候。
4. 单例模式的扩展
单例模式可扩展为有限的多例（Multitcm）模式，这种模式可生成有限个实例并保存在 ArmyList 中，客户需要时可随机获取。
网友评论