《java常用设计模式之----单例模式》
2024-10-09 09:56:03
一、简介
单例模式（Singleton Pattern）是 Java 中最简单的设计模式之一。这种类型的设计模式属于创建型模式，它提供了一种创建对象的最佳方式。
这种模式涉及到一个单一的类，该类负责创建自己的对象，同时确保只有单个对象被创建。这个类提供了一种访问其唯一的对象的方式，可以直接访问，不需要实例化该类的对象。
二、主要特征
1.单例类只能有一个实例（即单例类不能被外部实例化---单例类的构造方法由private修饰）。
2.单例类必须自己创建自己的实例，并且供外部调用（向外部暴露调用其实例的静态方法）。
三、优缺点
1.优点：
1）在内存里只有一个实例，减少了内存的开销，尤其是频繁的创建和销毁实例。
2）不需要去重复的创建实例，避免对资源的多重占用（比如写文件操作）。
2.缺点：
没有接口，不能继承，与单一职责原则冲突，一个类应该只关心内部逻辑，而不关心外面怎么样来实例化。
四、实现
1.场景：一个班级有很多学生，但只有一个班主任
2.代码实现：
1）饿汉式：即类加载时就实例化，相对浪费内存，并且容易产生垃圾对象
public class Teacher {
/**
* 创建自己的实例
*/
private static Teacher teacher = new Teacher();
/**
* 静态构造方法，不允许外部对其实例化
*/
private Teacher(){}
/**
* 将自己的实例对象，提供给外部使用
* @return Teacher
*/
public static Teacher getInstance(){
return teacher;
}
public void attendClass(){
System.out.println("班主任说:上课");
}
public void finishClass(){
System.out.println("班主任说:下课");
}
}
2）懒汉式：第一次调用才实例化，避免浪费内存
public class Teacher {
/**
* 创建自己的实例
*/
private static Teacher teacher;
/**
* 静态构造方法，不允许外部对其实例化
*/
private Teacher(){}
/**
* 将自己的实例对象，提供给外部使用
* @return Teacher
*/
public static Teacher getInstance(){
if(null == teacher){
teacher = new Teacher();
}
return teacher;
}
public void attendClass(){
System.out.println("班主任说:上课");
}
public void finishClass(){
System.out.println("班主任说:下课");
}
}
注：懒汉式加载是否为线程安全的区别在于synchronized 关键字，给getInstance()方法加上synchronized 关键字，使得线程安全，能够在多线程中很好的工作，但是，效率很低，99% 情况下不需要同步。
3）双检锁/双重校验锁（DCL，即 double-checked locking）：采用双锁机制，安全且在多线程情况下能保持高性能。getInstance() 的性能对应用程序很关键。
public class Teacher {
/**
* 创建自己的实例
*/
private volatile static Teacher teacher = new Teacher();
/**
* 静态构造方法，不允许外部对其实例化
*/
private Teacher(){}
/**
* 将自己的实例对象，提供给外部使用
* @return Teacher
*/
public static Teacher getInstance(){
if (teacher == null) {
synchronized (Teacher.class) {
if (teacher == null) {
teacher = new Teacher();
}
}
}
return teacher;
}
public void attendClass(){
System.out.println("班主任说:上课");
}
public void finishClass(){
System.out.println("班主任说:下课");
}
}
4）登记式/静态内部类：与双检索方式功效一样，但实现更简单；这种方式同样在类加载时不会实例化，只有在外部调用其getInstance()方法时才会被实例化
public class Teacher {
/**
* 静态内部类
*/
private static class TeacherHolder {
/**
* 创建Teacher实例，只有在显示的调用时才会被实例化
*/
private static final Teacher INSTANCE = new Teacher();
}
/**
* 静态构造方法，不允许外部对其实例化
*/
private Teacher (){}
/**
* 将单例类，提供给外部使用
* @return Teacher
*/
public static final Teacher getInstance() {
return TeacherHolder.INSTANCE;
}
public void attendClass(){
System.out.println("班主任说:上课");
}
public void finishClass(){
System.out.println("班主任说:下课");
}
}
5）枚举：实现单例模式的最佳方法，更简洁，自动支持序列化机制，绝对防止多次实例化（目前未被广泛使用）
public enum Teacher {
INSTANCE;
public void whateverMethod() {
System.out.println("枚举下单例模式");
}
}
以上代码讲述了如何创建一个单例类Teacher，下面来看一下如何使用这个单例
public class Test {
public static void main(String[] args) {
//调用单例类供外部调用的方法，获取其实例
Teacher teacher = Teacher.getInstance();
teacher.attendClass();
teacher.finishClass();
}
}
这样一个简单的单例模式的例子就已经完成了，接下来举一个实际应用的例子，例如：jdbc
public class DBUtils {
public static final String URL = "jdbc:mysql://localhost:3306/demo";
public static final String USER = "root";
public static final String PASSWORD = "root";
private static Connection conn = null;
static{
try {
//1.加载驱动程序
Class.forName("com.mysql.jdbc.Driver");
//2. 获得数据库连接
conn = DriverManager.getConnection(URL, USER, PASSWORD);
} catch (ClassNotFoundException e) {
e.printStackTrace();
} catch (SQLException e) {
e.printStackTrace();
}
}
public static Connection getConnection(){
return conn;
}
}
public class TeacherDB {
private int id;
private String name;
public int getId() {
return id;
}
public void setId(int id) {
this.id = id;
}
public String getName() {
return name;
}
public void setName(String name) {
this.name = name;
}
@Override
public String toString() {
return "TeacherDB{" +
"id=" + id +
", name='" + name + '\'' +
'}';
}
}
public class TestDB {
public static boolean addTeacher() {
//获取jdbc连接
Connection connection = DBUtils.getConnection();
//sql
String sql = "INSERT INTO teacher(name) values(?)";
PreparedStatement ptmt = null;
try {
//预编译SQL，减少sql执行
ptmt = connection.prepareStatement(sql);
ptmt.setString(1,"john");
return ptmt.execute();
} catch (SQLException e) {
e.printStackTrace();
}
return false;
}
public static List<TeacherDB> queryTeacher() {
//获取jdbc连接
Connection connection = DBUtils.getConnection();
//sql
String sql = "select * from teacher";
Statement stmt = null;
ResultSet rs = null;
List<TeacherDB> list = new ArrayList<>();
try {
stmt = connection.createStatement();
rs = stmt.executeQuery(sql);
while (rs.next()){
TeacherDB teacherDB = new TeacherDB();
teacherDB.setId(rs.getInt("id"));
teacherDB.setName(rs.getString("name"));
list.add(teacherDB);
}
return list;
} catch (SQLException e) {
e.printStackTrace();
}
return list;
}
public static void main(String[] args) {
System.out.println(addTeacher());
List<TeacherDB> list = queryTeacher();
list.stream().forEach(item->{
System.out.println(item);
});
}
}
五、总结
一般情况下，不建议使用懒汉方式，建议使用饿汉方式。只有在要明确实现 lazy loading 效果时，才会使用登记式/静态内部类的方式。如果涉及到反序列化创建对象时，可以尝试使用枚举方式。如果有其他特殊的需求，可以考虑使用双检锁/双重校验锁的方式。本篇就到此结束了，谢谢观看
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