小谈设计模式（22）—单例模式

专栏介绍

专栏地址

link

专栏介绍

主要对目前市面上常见的23种设计模式进行逐一分析和总结，希望有兴趣的小伙伴们可以看一下，会持续更新的。希望各位可以监督我，我们一起学习进步，加油，各位。

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。单例模式在许多情况下都非常有用，比如控制资源的访问、线程池、日志对象等。

点睛所在

控制对象的实例化过程。通常情况下，我们可以通过将构造函数私有化来防止外部直接创建对象。然后，我们需要提供一个静态方法来获取单例对象，这个方法负责创建对象并在后续调用时返回同一个实例。

优缺点分析

优点

确保只有一个实例

单例模式可以确保一个类只有一个实例存在，这样可以避免多个实例之间的冲突和资源的浪费。

全局访问点

单例模式提供了一个全局访问点，使得其他对象可以方便地访问该实例，避免了对象之间的耦合。

节省资源

由于单例模式只创建一个实例，可以节省系统资源，特别是在需要频繁创建和销毁对象的情况下，可以显著提高系统的性能。

线程安全

通过合理的实现方式，单例模式可以保证在多线程环境下的线程安全性。

缺点

难以扩展

由于单例模式只允许存在一个实例，因此难以扩展为多个实例。如果需要创建多个实例，就需要修改单例模式的实现。

对象的生命周期

由于单例模式的实例在整个程序运行期间都存在，可能会导致对象的生命周期过长，造成资源的浪费。

单一职责原则

单例模式将创建对象和控制访问对象的责任集中在一起，违反了单一职责原则。这可能会导致单例类的职责过重，不利于代码的维护和扩展。

隐藏依赖关系

单例模式可能会导致对象之间的依赖关系变得隐式，使得代码的可读性和可维护性降低。

Java程序实例

实例a

public class Singleton {
    private static Singleton instance;

    private Singleton() {
        // 私有构造函数
    }

    public static Singleton getInstance() {
        if (instance == null) {
            instance = new Singleton();
        }
        return instance;
    }
}
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14

分析

在这个实现中，我们将构造函数私有化，然后提供了一个静态方法 getInstance() 来获取单例对象。在这个方法中，我们首先检查实例是否已经被创建，如果没有则创建一个新的实例并返回。这种实现方式被称为 “懒汉式”，因为它只有在第一次调用 getInstance() 方法时才会创建实例。

但是，这种实现方式并不是线程安全的。如果多个线程同时调用 getInstance() 方法，可能会导致多个实例被创建。为了解决这个问题，我们可以使用同步锁来保证线程安全。

实例b，更安全

public class Singleton {
    private static Singleton instance;

    private Singleton() {
        // 私有构造函数
    }

    public static synchronized Singleton getInstance() {
        if (instance == null) {
            instance = new Singleton();
        }
        return instance;
    }
}
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14

分析

在这个实现中，我们使用了 synchronized 关键字来保证线程安全。但是，这种实现方式会导致性能问题，因为每次调用 getInstance() 方法时都会进行同步。

优化 ——“双重检查锁定” 实现方式

public class Singleton {
    private static volatile Singleton instance;

    private Singleton() {
        // 私有构造函数
    }

    public static Singleton getInstance() {
        if (instance == null) {
            synchronized (Singleton.class) {
                if (instance == null) {
                    instance = new Singleton();
                }
            }
        }
        return instance;
    }
}
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18

分析

在这个实现中，我们首先检查实例是否已经被创建，如果没有则进入同步块。在同步块中，我们再次检查实例是否已经被创建，如果没有则创建一个新的实例。使用 volatile 关键字可以保证多线程下的可见性。

总结

单例模式在一些特定的场景下非常有用，可以确保一个类只有一个实例，并提供全局访问点。但是，需要注意单例模式的实现方式，避免出现线程安全和性能问题，并权衡其优缺点来决定是否使用单例模式。