设计模式—单例模式

Oct 27, 2017 阅读(226)

标签: 设计模式

单例模式的定义

单例模式(Singleton Pattern)是一个比较简单的模式,其定义:确保某一个类只有一个实例,而且自行实例化并向整个系统提供这个实例


单例模式的通用类图

image.png

Singleton类称为单例类, 通过使用private的构造函数确保了在一个应用中只产生一个实例, 并且是自行实例化的( 在Singleton中自己使用new Singleton()) 。


单例模式的通用源代码

//饿汉式单例 
public class Singleton {
    private static final Singleton singleton = new Singleton();
    
    //限制产生多个对象
    private Singleton(){}
    
    //通过该方法获得实例对象
    public static Singleton getSingleton(){
        return singleton;
    }
    
    //类中其他方法, 尽量是static
    public static void doSomething(){
        //doSomethind ...
    }
}


单例模式的优点

  • 由于单例模式在内存中只有一个实例, 减少了内存开支, 特别是一个对象需要频繁地创建、 销毁时, 而且创建或销毁时性能又无法优化, 单例模式的优势就非常明显。

  • 由于单例模式只生成一个实例, 所以减少了系统的性能开销, 当一个对象的产生需要比较多的资源时, 如读取配置、 产生其他依赖对象时, 则可以通过在应用启动时直接产生一个单例对象, 然后用永久驻留内存的方式来解决( 在Java EE中采用单例模式时需要注意JVM垃圾回收机制) 。

  • 单例模式可以避免对资源的多重占用, 例如一个写文件动作, 由于只有一个实例存在内存中, 避免对同一个资源文件的同时写操作。

  • 单例模式可以在系统设置全局的访问点, 优化和共享资源访问, 例如可以设计一个单例类, 负责所有数据表的映射处理。


单例模式的缺点

  • 单例模式一般没有接口, 扩展很困难, 若要扩展, 除了修改代码基本上没有第二种途径可以实现。 单例模式为什么不能增加接口呢? 因为接口对单例模式是没有任何意义的, 它要求“自行实例化”, 并且提供单一实例、 接口或抽象类是不可能被实例化的。 当然, 在特殊情况下, 单例模式可以实现接口、 被继承等, 需要在系统开发中根据环境判断。

  • 单例模式对测试是不利的。 在并行开发环境中, 如果单例模式没有完成, 是不能进行测试的, 没有接口也不能使用mock的方式虚拟一个对象。

  • 单例模式与单一职责原则有冲突。 一个类应该只实现一个逻辑, 而不关心它是否是单例的, 是不是要单例取决于环境, 单例模式把“要单例”和业务逻辑融合在一个类中。


单例模式的注意事项

首先, 在高并发情况下, 请注意单例模式的线程同步问题。 单例模式有几种不同的实现方式, 上面的例子不会出现产生多个实例的情况, 但是如下代码的单例模式就需要考虑线程同步。

public class Singleton {
    private static Singleton singleton = null;
    //限制产生多个对象
    private Singleton(){ }
    
    //通过该方法获得实例对象
    public static Singleton getSingleton(){
        if(singleton == null){
            singleton = new Singleton();
        }
        return singleton;
    }
}

该单例模式在低并发的情况下尚不会出现问题, 若系统压力增大, 并发量增加时则可能在内存中出现多个实例, 破坏了最初的预期。 为什么会出现这种情况呢? 如一个线程A执行到singleton = new Singleton(), 但还没有获得对象( 对象初始化是需要时间的) , 第二个线程B也在执行, 执行到( singleton == null) 判断, 那么线程B获得判断条件也是为真, 于是继续运行下去, 线程A获得了一个对象, 线程B也获得了一个对象, 在内存中就出现两个对象!

解决线程不安全的方法很有多, 可以在getSingleton方法前加synchronized关键字, 也可以在getSingleton方法内增加synchronized来实现, 但都不是最优秀的单例模式, 建议读者使用如上单例模式的通用源代码所示的方式 (有的书上将如上代码中添加了synchronized的单例称为懒汉式单例)。

其次, 需要考虑对象的复制情况。 在Java中, 对象默认是不可以被复制的, 若实现了Cloneable接口, 并实现了clone方法, 则可以直接通过对象复制方式创建一个新对象, 对象复制是不用调用类的构造函数, 因此即使是私有的构造函数, 对象仍然可以被复制。 在一般情况下, 类复制的情况不需要考虑, 很少会出现一个单例类会主动要求被复制的情况, 解决该问题的最好方法就是单例类不要实现Cloneable接口。