【设计模式】单例模式Singleton(Java)
文章目录
- 定义
- 类图
- Java经典实现
- 懒汉Lazy Mode:
- 饿汉Eager Mode:
- 在饿汉下的多线程案例
- 在懒汉下的多线程案例
- 总结
定义
单例模式(单件模式)确保一个类只有一个实例,并提供一个全局访问点。——HeadFirst
单例模式通过过防止外部实例化和修改来控制创建的对象的数量。
关键点:
- 私有构造函数,没有其他类可以实例化一个新对象。
- 私有引用-没有外部修改。
- Public static getInstance方法是唯一可以获取对象的地方。
问:为什么单例模式能确保实例独一无二?
答:因为单例模式没有公开的构造器,构造器是私有的,因此他人无法自己创建实例对象。而且他人想获取实例必须通过调用getInstance静态方法得到实例,实例也许是调用时创建的,也许是之前已经创建好的。
类图
Java经典实现
私有构造器、一个静态方法、一个静态变量。
懒汉Lazy Mode:
public class Singleton{// 使用一个静态变量记录Stingleton的唯一实例private static Singleton uniqueInstance;// 这里是其他有用的实例化变量// 私有构造方法private Singleton(){} public static Singleton getInstance(){if(uniqueInstance == null){uniqueInstance = new Singleton();}return uniqueInstance;}// 其他有用的方法
}
饿汉Eager Mode:
public class Singleton2 {// 使用一个静态私有变量记录Stingleton的唯一实例private static Singleton2 uniqueInstance = new Singleton2();// 这里是其他有用的实例化变量// 私有构造方法private Singleton2(){}public static Singleton2 getInstance(){return uniqueInstance;}// 其他有用的方法
}
在饿汉下的多线程案例
单例类GlobalNum.java
public class GlobalNum {private static GlobalNum gn=new GlobalNum();private int num=0;public static GlobalNum getInstance(){return gn;}public synchronized int getNum() //加锁{return ++num; //返回访问次数}
}
主方法SingleMain.java
class NumThread extends Thread{private String threadName;public NumThread(String name){threadName=name;}public void run(){ GlobalNum gnObj=GlobalNum.getInstance();for (int i = 0; i < 5; i++) {System.out.println(threadName+"第"+gnObj.getNum()+"次访问");try {this.sleep(1000);} catch (Exception e) {// TODO: handle exceptionSystem.out.println("错误");} }}
}public class SingleMain {
//测试单件模式public static void main(String[] args) {// TODO Auto-generated method stubNumThread thread1=new NumThread("线程1");NumThread thread2=new NumThread("线程2");thread1.start();thread2.start();}
}
JDK8运行结果:
线程1第2次访问
线程2第1次访问
线程1第3次访问
线程2第4次访问
线程1第5次访问
线程2第6次访问
线程1第7次访问
线程2第8次访问
线程1第9次访问
线程2第10次访问
在懒汉下的多线程案例
getInstance方法添加synchronized关键字,防止不同线程创建多个实例对象从而违反单例模式。
public class GlobalNum {private static GlobalNum globalNum;private int num=0;// getInstance方法添加synchronized关键字,防止创建多个实例public static synchronized GlobalNum getInstance(){if(globalNum==null){globalNum = new GlobalNum();return globalNum;}return globalNum;}public synchronized int getNum() //加锁{return ++num; //返回访问次数}
}
主方法SingleMain.java
同上
输出结果:
线程1第1次访问
线程2第2次访问
线程1第4次访问
线程2第3次访问
线程1第6次访问
线程2第5次访问
线程1第7次访问
线程2第8次访问
线程1第9次访问
线程2第10次访问
如果上述getInstance不添加synchronized,则会造成输出:
线程1第1次访问
线程2第1次访问
线程1第2次访问
线程2第2次访问
线程1第3次访问
线程2第3次访问
线程1第4次访问
线程2第4次访问
线程1第5次访问
线程2第5次访问
—————————————
上述懒汉下的多线程案例虽然达到预想效果但是存在缺陷:为了防止多个线程创建多个对象,给getInstance添加synchronized,但实际上只有第一次执行getInstance方法,才需要真正的同步,当已经创建好对象时,后续无需在同步getInstance方法(导致后续每次调用getInstance,同步变成累赘,性能资源浪费)。
改进:使用双重检查加锁,减少使用同步。
添加volatile及synchronized同步块
public class GlobalNum {private static volatile GlobalNum globalNum;private int num=0;public static GlobalNum getInstance(){if(globalNum==null){synchronized(GlobalNum.class){if(globalNum==null)globalNum = new GlobalNum();}}return globalNum;}public synchronized int getNum() //加锁{return ++num; //返回访问次数}
}
总结
- 单例模式确保一个程序中的一个类只有一个实例。
- 单例模式提供访问这个实例的全局访问点。
- Java实现单例模式:私有构造器、一个静态变量、一个静态方法。
- 确定性能资源的限制后,在多线程情况下,谨慎选择合适的方法实现单例模式。
参考:
HeadFirst设计模式、https://www.programcreek.com/2011/07/java-design-pattern-singleton/
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