原文作者：C語(yǔ)言中文網(wǎng)

原文地址：單例模式（單例設(shè)計(jì)模式）詳解

目錄

1、單例模式的定義與特點(diǎn)

單例類對(duì)外提供一個(gè)訪問(wèn)該單例的全局訪問(wèn)點(diǎn)。

2、單例模式的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)

3、單例模式的應(yīng)用場(chǎng)景

4、單例模式的結(jié)構(gòu)與實(shí)現(xiàn)

5、單例模式的應(yīng)用實(shí)例

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在有些系統(tǒng)中，為了節(jié)省內(nèi)存資源、保證數(shù)據(jù)內(nèi)容的一致性，對(duì)某些類要求只能創(chuàng)建一個(gè)實(shí)例，這就是所謂的單例模式。

1、單例模式的定義與特點(diǎn)

單例（Singleton）模式的定義：指一個(gè)類只有一個(gè)實(shí)例，且該類能自行創(chuàng)建這個(gè)實(shí)例的一種模式。例如，Windows 中只能打開(kāi)一個(gè)任務(wù)管理器，這樣可以避免因打開(kāi)多個(gè)任務(wù)管理器窗口而造成內(nèi)存資源的浪費(fèi)，或出現(xiàn)各個(gè)窗口顯示內(nèi)容的不一致等錯(cuò)誤。在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中，還有 Windows 的回收站、操作系統(tǒng)中的文件系統(tǒng)、多線程中的線程池、顯卡的驅(qū)動(dòng)程序?qū)ο蟆⒋蛴C(jī)的后臺(tái)處理服務(wù)、應(yīng)用程序的日志對(duì)象、數(shù)據(jù)庫(kù)的連接池、網(wǎng)站的計(jì)數(shù)器、Web 應(yīng)用的配置對(duì)象、應(yīng)用程序中的對(duì)話框、系統(tǒng)中的緩存等常常被設(shè)計(jì)成單例。單例模式在現(xiàn)實(shí)生活中的應(yīng)用也非常廣泛，例如公司 CEO、部門(mén)經(jīng)理等都屬于單例模型。J2EE 標(biāo)準(zhǔn)中的?ServletContext 和 ServletContextConfig、Spring?框架應(yīng)用中的 ApplicationContext、數(shù)據(jù)庫(kù)中的連接池等也都是單例模式。單例模式有 3 個(gè)特點(diǎn)：

單例類只有一個(gè)實(shí)例對(duì)象；

該單例對(duì)象必須由單例類自行創(chuàng)建；

單例類對(duì)外提供一個(gè)訪問(wèn)該單例的全局訪問(wèn)點(diǎn)。

2、單例模式的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)

單例模式的優(yōu)點(diǎn)：

• 單例模式可以保證內(nèi)存里只有一個(gè)實(shí)例，減少了內(nèi)存的開(kāi)銷。
• 可以避免對(duì)資源的多重占用。
• 單例模式設(shè)置全局訪問(wèn)點(diǎn)，可以優(yōu)化和共享資源的訪問(wèn)。

單例模式的缺點(diǎn)：

• 單例模式一般沒(méi)有接口，擴(kuò)展困難。如果要擴(kuò)展，則除了修改原來(lái)的代碼，沒(méi)有第二種途徑，違背開(kāi)閉原則。
• 在并發(fā)測(cè)試中，單例模式不利于代碼調(diào)試。在調(diào)試過(guò)程中，如果單例中的代碼沒(méi)有執(zhí)行完，也不能模擬生成一個(gè)新的對(duì)象。
• 單例模式的功能代碼通常寫(xiě)在一個(gè)類中，如果功能設(shè)計(jì)不合理，則很容易違背單一職責(zé)原則。

單例模式看起來(lái)非常簡(jiǎn)單，實(shí)現(xiàn)起來(lái)也非常簡(jiǎn)單。單例模式在面試中是一個(gè)高頻面試題。希望大家能夠認(rèn)真學(xué)習(xí)，掌握單例模式，提升核心競(jìng)爭(zhēng)力，給面試加分，順利拿到 Offer。

3、單例模式的應(yīng)用場(chǎng)景

對(duì)于?Java?來(lái)說(shuō)，單例模式可以保證在一個(gè) JVM 中只存在單一實(shí)例。單例模式的應(yīng)用場(chǎng)景主要有以下幾個(gè)方面。

• 需要頻繁創(chuàng)建的一些類，使用單例可以降低系統(tǒng)的內(nèi)存壓力，減少 GC。
• 某類只要求生成一個(gè)對(duì)象的時(shí)候，如一個(gè)班中的班長(zhǎng)、每個(gè)人的身份證號(hào)等。
• 某些類創(chuàng)建實(shí)例時(shí)占用資源較多，或?qū)嵗臅r(shí)較長(zhǎng)，且經(jīng)常使用。
• 某類需要頻繁實(shí)例化，而創(chuàng)建的對(duì)象又頻繁被銷毀的時(shí)候，如多線程的線程池、網(wǎng)絡(luò)連接池等。
• 頻繁訪問(wèn)數(shù)據(jù)庫(kù)或文件的對(duì)象。
• 對(duì)于一些控制硬件級(jí)別的操作，或者從系統(tǒng)上來(lái)講應(yīng)當(dāng)是單一控制邏輯的操作，如果有多個(gè)實(shí)例，則系統(tǒng)會(huì)完全亂套。
• 當(dāng)對(duì)象需要被共享的場(chǎng)合。由于單例模式只允許創(chuàng)建一個(gè)對(duì)象，共享該對(duì)象可以節(jié)省內(nèi)存，并加快對(duì)象訪問(wèn)速度。如 Web 中的配置對(duì)象、數(shù)據(jù)庫(kù)的連接池等。

4、單例模式的結(jié)構(gòu)與實(shí)現(xiàn)

單例模式是設(shè)計(jì)模式中最簡(jiǎn)單的模式之一。通常，普通類的構(gòu)造函數(shù)是公有的，外部類可以通過(guò)“new 構(gòu)造函數(shù)()”來(lái)生成多個(gè)實(shí)例。但是，如果將類的構(gòu)造函數(shù)設(shè)為私有的，外部類就無(wú)法調(diào)用該構(gòu)造函數(shù)，也就無(wú)法生成多個(gè)實(shí)例。這時(shí)該類自身必須定義一個(gè)靜態(tài)私有實(shí)例，并向外提供一個(gè)靜態(tài)的公有函數(shù)用于創(chuàng)建或獲取該靜態(tài)私有實(shí)例。下面來(lái)分析其基本結(jié)構(gòu)和實(shí)現(xiàn)方法。

1. 單例模式的結(jié)構(gòu)

單例模式的主要角色如下。

• 單例類：包含一個(gè)實(shí)例且能自行創(chuàng)建這個(gè)實(shí)例的類。
• 訪問(wèn)類：使用單例的類。

其結(jié)構(gòu)如圖 1 所示。

圖1 單例模式的結(jié)構(gòu)圖

2. 單例模式的實(shí)現(xiàn)

Singleton 模式通常有兩種實(shí)現(xiàn)形式。

第 1 種：懶漢式單例

該模式的特點(diǎn)是類加載時(shí)沒(méi)有生成單例，只有當(dāng)?shù)谝淮握{(diào)用 getlnstance 方法時(shí)才去創(chuàng)建這個(gè)單例。代碼如下：

public class LazySingleton {private static volatile LazySingleton instance = null; //保證 instance 在所有線程中同步private LazySingleton() {} //private 避免類在外部被實(shí)例化public static synchronized LazySingleton getInstance() {//getInstance 方法前加同步if (instance == null) {instance = new LazySingleton();}return instance;} }

注意：如果編寫(xiě)的是多線程程序，則不要?jiǎng)h除上例代碼中的關(guān)鍵字 volatile 和 synchronized，否則將存在線程非安全的問(wèn)題。如果不刪除這兩個(gè)關(guān)鍵字就能保證線程安全，但是每次訪問(wèn)時(shí)都要同步，會(huì)影響性能，且消耗更多的資源，這是懶漢式單例的缺點(diǎn)。

第 2 種：餓漢式單例

該模式的特點(diǎn)是類一旦加載就創(chuàng)建一個(gè)單例，保證在調(diào)用 getInstance 方法之前單例已經(jīng)存在了。

public class HungrySingleton {private static final HungrySingleton instance = new HungrySingleton();private HungrySingleton() {}public static HungrySingleton getInstance() {return instance;} }

餓漢式單例在類創(chuàng)建的同時(shí)就已經(jīng)創(chuàng)建好一個(gè)靜態(tài)的對(duì)象供系統(tǒng)使用，以后不再改變，所以是線程安全的，可以直接用于多線程而不會(huì)出現(xiàn)問(wèn)題。

5、單例模式的應(yīng)用實(shí)例

【例1】用懶漢式單例模式模擬產(chǎn)生美國(guó)當(dāng)今總統(tǒng)對(duì)象。

分析：在每一屆任期內(nèi)，美國(guó)的總統(tǒng)只有一人，所以本實(shí)例適合用單例模式實(shí)現(xiàn)，圖 2 所示是用懶漢式單例實(shí)現(xiàn)的結(jié)構(gòu)圖。

圖2 美國(guó)總統(tǒng)生成器的結(jié)構(gòu)圖

程序代碼如下：

public class SingletonLazy {public static void main(String[] args) {President zt1 = President.getInstance();zt1.getName(); //輸出總統(tǒng)的名字President zt2 = President.getInstance();zt2.getName(); //輸出總統(tǒng)的名字if (zt1 == zt2) {System.out.println("他們是同一人！");} else {System.out.println("他們不是同一人！");}} }class President {private static volatile President instance = null; //保證instance在所有線程中同步//private避免類在外部被實(shí)例化private President() {System.out.println("產(chǎn)生一個(gè)總統(tǒng)！");}public static synchronized President getInstance() {//在getInstance方法上加同步if (instance == null) {instance = new President();} else {System.out.println("已經(jīng)有一個(gè)總統(tǒng)，不能產(chǎn)生新總統(tǒng)！");}return instance;}public void getName() {System.out.println("我是美國(guó)總統(tǒng)：特朗普。");} }

程序運(yùn)行結(jié)果如下：

產(chǎn)生一個(gè)總統(tǒng)！ 我是美國(guó)總統(tǒng)：特朗普。 已經(jīng)有一個(gè)總統(tǒng)，不能產(chǎn)生新總統(tǒng)！ 我是美國(guó)總統(tǒng)：特朗普。 他們是同一人！ 超強(qiáng)干貨來(lái)襲 云風(fēng)專訪：近40年碼齡，通宵達(dá)旦的技術(shù)人生

總結(jié)

以上是生活随笔為你收集整理的创建型模式—单例模式的全部?jī)?nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問(wèn)題。

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