設計模式 | 單例設計模式
單例模式
單例模式(Singleton Pattern)是 Java 中最簡單的設計模式之一。這種類型的設計模式屬于創建型模式，它提供了一種創建對象的最佳方式。
這種模式涉及到一個單一的類，該類負責創建自己的對象，同時確保只有單個對象被創建。這個類提供了一種訪問其唯一的對象的方式，可以直接訪問，不需要實例化該類的對象。
簡單來說就是：
- 單例類只能有一個實例。
- 單例類必須自己創建自己的唯一實例。
- 單例類必須給所有其他對象提供這一實例。
單例模式看起來非常簡單，實現起來也非常簡單。單例模式在面試中是一個高頻面試題。希望大家能夠認真學習，掌握單例模式，提升核心競爭力，給面試加分，順利拿到 Offer。
1. 單例模式定義
單例(Singleton)模式的定義：指一個類只有一個實例，且該類能自行創建這個實例的一種模式，并提供一個訪問它的全局訪問點。
2. 單例模式作用
單例模式主要用來解決，一個全局使用的類被頻繁的創建、銷毀。
核心思想：創建對象時，先判斷對象是否已經存在，如果有則返回，如果沒有則創建。
關鍵代碼是構造函數私有化;使對象全局只創建一個。
3. 單例模式應用場景
對于 Java 來說，單例模式可以保證在一個 JVM 中只存在單一實例。單例模式的應用場景主要有以下幾個方面。
- 需要頻繁創建的一些類，使用單例可以降低系統的內存壓力，減少 GC。
- 某類只要求生成一個對象的時候，如一個班中的班長、每個人的身份證號等。
- 某些類創建實例時占用資源較多，或實例化耗時較長，且經常使用。
- 某類需要頻繁實例化，而創建的對象又頻繁被銷毀的時候，如多線程的線程池、網絡連接池等。
- 頻繁訪問數據庫或文件的對象。
- 對于一些控制硬件級別的操作，或者從系統上來講應當是單一控制邏輯的操作，如果有多個實例，則系統會完全亂套。
- 當對象需要被共享的場合。由于單例模式只允許創建一個對象，共享該對象可以節省內存，并加快對象訪問速度。如 Web 中的配置對象、數據庫的連接池等。
3. 單例模式結構
單例模式的主要角色如下。
- 單例類：包含一個實例且能自行創建這個實例的類。
- 訪問類：使用單例的類。
單例模式類圖
4. 單例模式實現
單例模式通常有兩種實現形式。
4.1 懶漢式
該模式的特點是類加載時沒有生成單例，只有當第一次調用 getlnstance 方法時才去創建這個單例。代碼如下：
- public class LazySingleton {
- //保證 instance 在所有線程中同步
- private static volatile LazySingleton instance = null;
- //private 避免類在外部被實例化
- private LazySingleton() { }
- // 獲取單例對象
- public static synchronized LazySingleton getInstance() {
- //getInstance 方法前加同步
- if (instance == null) {
- instance = new LazySingleton();
- }
- return instance;
- }
- }
如果編寫的是多線程程序，則不要刪除上例代碼中的關鍵字 volatile 和 synchronized，否則將存在線程非安全的問題。如果不刪除這兩個關鍵字就能保證線程安全，但是每次訪問時都要同步，會影響性能，且消耗更多的資源，這是懶漢式單例的缺點。
餓漢式單例
該模式的特點是類一旦加載就創建一個單例，保證在調用 getInstance 方法之前單例已經存在了。
- public class HungrySingleton {
- private static final HungrySingleton instance = new HungrySingleton();
- private HungrySingleton() { }
- public static HungrySingleton getInstance() {
- return instance;
- }
- }
餓漢式單例在類創建的同時就已經創建好一個靜態的對象供系統使用，以后不再改變，所以是線程安全的，可以直接用于多線程而不會出現問題。
其他
除了上面所說的之外之外，還有雙檢鎖/雙重校驗鎖(DCL，即 double-checked locking)式、登記式/靜態內部類式、枚舉式等方式實現單例。
具體參考https://www.runoob.com/design-pattern/singleton-pattern.html
總結
單例模式的優點：
- 單例模式可以保證內存里只有一個實例，減少了內存的開銷。
- 可以避免對資源的多重占用。
- 單例模式設置全局訪問點，可以優化和共享資源的訪問。
單例模式的缺點：
- 單例模式一般沒有接口，擴展困難。如果要擴展，則除了修改原來的代碼，沒有第二種途徑，違背開閉原則。
- 在并發測試中，單例模式不利于代碼調試。在調試過程中，如果單例中的代碼沒有執行完，也不能模擬生成一個新的對象。
- 單例模式的功能代碼通常寫在一個類中，如果功能設計不合理，則很容易違背單一職責原則。
