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【GoF23种设计模式】02_单例模式(Singleton Pattern)

文章目录

  • 前言
  • 一、什么是单例模式?
  • 二、为什么要用单例模式?
  • 三、如何实现单例模式?
  • 总结


前言

提示:设计者模式有利于提高开发者的编程效率和代码质量:

GoF(Gang of Four,四人帮)设计模式由Erich Gamma、Richard Helm、Ralph Johnson和John Vlissides四位作者合著,介绍了23种经典的设计模式。
分为三大类:创建型模式、结构型模式和行为型模式。


提示:以下是本篇文章正文内容,下面案例可供参考

一、什么是单例模式?

单例模式是一种创建型设计模式,它保证一个类只有一个实例,并提供一个全局访问点来获取这个实例。这通常用于需要集中控制或管理资源的场景,例如数据库连接、线程池、配置文件读取等。

二、为什么要用单例模式?

使用单例模式的原因包括但不限于以下几点:

  • 资源控制:确保系统中某个资源仅有一个实例,避免资源浪费或冲突。
  • 全局访问:提供一个全局访问点,使得系统中的任何部分都可以方便地访问该实例。
  • 节省内存:因为只有一个实例存在,所以可以节省系统资源,特别是当对象占用大量内存时。
  • 状态共享:对于需要在多个地方共享状态的情况,单例模式可以确保状态的一致性。
  • 初始化成本高:如果对象的创建过程非常复杂或者耗时,那么使用单例模式可以在第一次使用时才进行创建,从而延迟初始化,提高性能。

三、如何实现单例模式?

单例模式的实现有多种方式,下面是一些常见的实现方法:

1、懒汉式(Lazy Initialization)
懒汉式是在第一次调用 getInstance 方法时才创建实例,这样可以实现延迟加载,节省资源。

public class Singleton {private static Singleton instance;private Singleton() {} // 私有构造函数防止外部实例化public static synchronized Singleton getInstance() {if (instance == null) {instance = new Singleton();}return instance;}
}

优点:实现了真正的懒加载,即只有在真正需要的时候才会创建实例。

缺点:每次调用 getInstance 方法都需要进行同步,这可能会带来性能问题。

2、饿汉式(Eager Initialization)
饿汉式是在类加载时就创建实例,因此不需要同步,性能较好。

public class Singleton {private static final Singleton instance = new Singleton();private Singleton() {} // 私有构造函数防止外部实例化public static Singleton getInstance() {return instance;}
}

优点:没有线程安全问题,也不需要同步,性能较高。

缺点:无论是否使用,都会创建实例,无法实现懒加载。

3、双重检查锁定(Double-Checked Locking)
双重检查锁定是一种优化过的懒汉式实现,减少了不必要的同步操作,提高了性能。

public class Singleton {private static volatile Singleton instance;private Singleton() {} // 私有构造函数防止外部实例化public static Singleton getInstance() {if (instance == null) { // 第一次检查synchronized (Singleton.class) {if (instance == null) { // 第二次检查instance = new Singleton();}}}return instance;}
}

优点:既实现了懒加载,又避免了每次调用 getInstance 时都进行同步,性能较高。

缺点:实现稍微复杂一些,而且需要理解Java内存模型和volatile关键字的作用。

4、静态内部类(Static Inner Class)
静态内部类是另一种实现懒加载的方式,利用了类加载机制确保线程安全。(常用)

public class Singleton {private Singleton() {} // 私有构造函数防止外部实例化private static class SingletonHolder {private static final Singleton INSTANCE = new Singleton();}public static Singleton getInstance() {return SingletonHolder.INSTANCE;}
}

优点:线程安全,且实现了懒加载,性能良好,代码简洁。

缺点:与其它方式相比,可能不是最直观的理解方式。


总结

选择哪种实现方式取决于具体的应用场景和需求,后期会新增关于单例模式的具体应用场景。

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