GOF設計模式之1：單例設計模式，gof設計模式

GOF設計模式之1：單例設計模式，gof設計模式
1.單例設計模式核心作用：

保證一個類只有一個執行個體，並且提供了訪問該執行個體的全域訪問點

2.常見應用情境：

• window的工作管理員
• 項目中讀取設定檔一般也是一個單例模式
• 資料庫連接池的設計也是採用單例模式，因為資料庫連接是一種資料庫資源
• 作業系統的檔案管理系統，也是單例模式，一個作業系統只能有一個檔案系統
• Application也是單例的應用（Servlet編程或者Android的Application類）
• 在Spring中，每個bean預設也是單例的，這樣的有點兒事Spring容器可以管理
• 在Servlet編程中每個Servlet也是單例的
• 在Spring MVC和Struts1架構中控制器對象也是單例

3.單例模式的優點

• 由於單例模式只生產一個對象，減少了系統開銷，當一個對象的產生需要的資源比較多的時候，比如讀取設定檔、產生其它依賴對象時，則可以在應用啟動的時候直接產生一個單例對象，然後永久駐存記憶體的方式來解決。
• 單例模式可以在系統設定全域訪問點，最佳化共用資源的訪問。例如可以設計一個單例類，負責所有資料表的映射。

4.常見5中單例模式的實現方式：

主要

餓漢式：安全執行緒，調用效率高。但是不能延時載入

懶漢式：安全執行緒，調用效率不高。但是可以消極式載入

其它：

雙重檢鎖式：由於JVM底層內部模型的原因，偶爾會出現問題，不建議使用

靜態內部類式：安全執行緒，調用效率高，而且可以消極式載入

枚舉單例：安全執行緒，調用效率高，不可消極式載入

餓漢式的範例程式碼：

public class Singleton01 {    //類初始化的時候，立即載入這個對象（沒有延時載入的優勢）。載入類時，是安全執行緒的    private static Singleton01 instance = new Singleton01();    private Singleton01(){}    //方法沒有同步調用效率高    public static Singleton01 getInstance(){        return instance;    }}

 

餓漢式單例模式的代碼中，static變數會在類裝載的時候進行初始化，此時不會涉及到多個線程對象訪問該對象的問題。虛擬機器會保證只會裝載一次該類，肯定不會發生並發訪問的問題，因此可以省略synchronized關鍵字

問題：如果僅僅是載入本類，而不是要調用getInstance，甚至永遠都沒有調用，則會造成資源浪費。

懶漢式的範例程式碼

 1 package com.chunjiangchao.pattern.singleton; 2 /** 3  * 測試懶漢式單例模式 4  */ 5 public class Singleton02 { 6     //類初始化的時候，不初始化這個對象（延時載入，真正用的時候再建立）。 7     private static Singleton02 instance = null; 8     private Singleton02(){} 9     ////方法同步，調用效率低！10     public static synchronized Singleton02 getInstance(){11         if(instance == null)12             instance = new Singleton02();13         return instance;14     }15 }

 

要點：消極式載入，懶載入真正用到的時候才會選擇載入

問題：

資源使用率高了，但是每次調用getInstance()方法都要同步，並發效率較低。

雙重檢鎖實現

 1 package com.chunjiangchao.pattern.singleton; 2 /** 3  * 測試DCL（雙重檢鎖）單例模式 4  *  5  */ 6 public class Singleton03 { 7     //類初始化的時候，不初始化這個對象（延時載入，真正用的時候再建立）。 8     private volatile static Singleton03 instance = null; 9     private Singleton03(){}10     ////代碼塊同步，調用效率要比同步方法要快一些，由於JVM的原因在高並發的情況下會出現問題11     public static  Singleton03 getInstance(){12         if(instance == null){13             synchronized (Singleton03.class) {14                 if(instance == null)15                     instance = new Singleton03();16             }17         }18         return instance;19     }20 }

 

提高了執行 的效率，不必每次擷取對象的時候都要進行同步，只有第一次才會進行同步建立。

問題：

由於編譯器最佳化的原因和JVM底層內部模型原因，偶爾會出現問題，不建議使用。但是我們可以在instance前面添加volatile關鍵字，這樣就沒問題了。

靜態內部類實現方式：（懶載入方式）

 1 package com.chunjiangchao.pattern.singleton; 2 /** 3  * 靜態內部類單例模式 4  * 這種方式：安全執行緒，調用效率高，並且實現了延時載入！ 5  */ 6 public class Singleton04 { 7     private Singleton04(){} 8     public static  Singleton04 getInstance(){ 9         return Inner.instance;10     }11     private static class Inner{12         private static final Singleton04 instance = new Singleton04();13     }14 }

 

外部類沒有static屬性，則不會像餓漢式那樣，上來就把對象造出來了

只有真正調用getInstance才會載入靜態內部類。載入類時是安全執行緒的。instance 是static final類型，保證了記憶體中只有這樣一個執行個體存在，而且只被賦值一次，從而保證了執行緒安全性。

兼并並發高效調用和消極式載入的優勢。

換一句戶說：靜態內部有具備餓漢式和消極式載入的優勢。

枚舉實現單例：

 1 package com.chunjiangchao.pattern.singleton; 2 /** 3  * 枚舉式實現單例模式(沒有延時載入) 4  */ 5 public enum Singleton05 { 6     instance;//這個枚舉元素，本身就是單例對象！ 7     public void operation(){ 8         //添加需要的操作 9     }10 }

 

優點：實現簡單；枚舉本身就是單例。由JVM從根本上提供保障。避免反射和序列化的漏洞

缺點：無消極式載入

5.如何選用這五種單例模式？

單例對象佔用資源少，不需要消極式載入：

枚舉好於餓漢式

單例對象佔用資源大，需要消極式載入

靜態內部類好於懶漢式

6.問題

反射可以破解上面（不包含枚舉）的實現方式（防止的做法是在構造方法中手動拋出異常）

還原序列化可以破解（不包含枚舉）的實現方式

可以通過定義readResolve防止獲得不同對象。還原序列化的時候，如果對象所在的類定義了readResolve()方法（一種回調方法），返回自己建立的那個對象。