单例模式

确保某个类只有一个实例，并且自行实例化向系统中提供这个实例，这个类被称为单例类，它提供全局访问的方法，是一种创建型模式。 特点： （1）自行实例化（公有静态方法new 实例） （2）只有一个实例（构造方法设为私有，不让new实例，并且静态方法进行空指针检验） （3）必须自行的向系统中提供这个实例（公有静态方法返回） 简单版单例模式

/** * 演示单例模式 任务管理器 */ public class TaskManager { private TaskManager taskManager = null; // 这里要可见性为私有 防止被new一个实例 private TaskManager(){ } private void displayTask(){ System.out.println("进程1"); } // 静态方法，无须 public static TaskManager getInstance(){ if (taskManager == null){ taskManager = new TaskManager(); } return taskManager; } }

案例

一.负载均衡设计

package com.learn.designmode.mode.singleLeton; import java.util.ArrayList; import java.util.List; import java.util.Random; /** * 模拟负载均衡设计，模拟随机向服务器转发客户端请求 */ public class LoadBalance { /** * 服务器集群 */ private List<String> serverList; /** * 私有变量存储唯一实例 */ private static LoadBalance loadBalance; // 私有静态构造方法实例化 private LoadBalance(){ serverList = new ArrayList<>(); } public static LoadBalance getInstance(){ if (loadBalance == null){ loadBalance = new LoadBalance(); } return loadBalance; } // 删除服务器 private void deleteServer(String server){ serverList.remove(server); } // 增加服务器 public void addServer(String server){ serverList.add(server); } // 随机转发服务器 public String getServer(){ Random random = new Random(); int index = random.nextInt(serverList.size()); return serverList.get(index); } } package com.learn.designmode.mode.singleLeton.test; import com.learn.designmode.mode.singleLeton.LoadBalance; public class LoadBalanceTest { public static void main(String[] args) { LoadBalance loadBalance = LoadBalance.getInstance(); LoadBalance loadBalance1 = LoadBalance.getInstance(); LoadBalance loadBalance2 = LoadBalance.getInstance(); LoadBalance loadBalance3 = LoadBalance.getInstance(); if (loadBalance == loadBalance1 && loadBalance1 == loadBalance2 & loadBalance2 == loadBalance3){ System.out.println("服务器负载均衡具有唯一性"); } loadBalance.addServer("server1"); loadBalance.addServer("server2"); loadBalance.addServer("server3"); loadBalance.addServer("server4"); for (Integer i = 0;i<= 10;i++){ System.out.println("转发服务器" + loadBalance.getServer()); } } }

二.饿汉式单例和懒汉式单例的讨论

以上作为简单的单例模式的使用，但是在高并发的情况下会发生异常，原因在于第一次调用getInstance方法时，instance为null,将执行new LoadBalance的操作，在此过程中需要大量的初始化工作，需要一定的时间创建自己的实例化对象，如果此时再调用一次getInstacne方法 判断条件

if (loadBalance == null){ loadBalance = new LoadBalance(); }

将被再次执行，导致创建了多个instance实例，违背了单例模式的初衷，导致运行错误。

（1）饿汉式单例模式

饿汉式单例模式是最简单的单例类结构图如下

package com.learn.designmode.mode.singleLeton; public class EagerSingleton { // 将自身成员变量私有静态常量化 在类加载的时候初始化自身实例 private static final EagerSingleton eagerSingleton= new EagerSingleton(); private EagerSingleton(){ } // public static EagerSingleton getInstance(){ return eagerSingleton; } }

（2）懒汉式单例与线程锁定

懒汉式单例用到了延迟加载的技术，在类加载的时候不实例化对象，在需要的时候实例化，但是为了避免多个线程同时调用getInstance方法，使用synchronized锁住getInstance方法

package com.learn.designmode.mode.singleLeton; public class LayzerSingleton { // 不作为常量进行实例化 private static LayzerSingleton layzerSingleton = null; private LayzerSingleton(){ } synchronized public static LayzerSingleton getInstance(){ if (layzerSingleton == null){ layzerSingleton = new LayzerSingleton(); } return layzerSingleton; } }

此方式存在性能问题，现实中不需要锁住整个获取实例的方法，只需要锁住判断语句后的创建实例的操作。

// 改进后的懒汉式单例模式 public static LayzerSingleton getInstance1(){ if (layzerSingleton == null){ synchronized (LayzerSingleton.class){ layzerSingleton = new LayzerSingleton(); } } return layzerSingleton; }

上述改进还是会出现多个实例的隐患，原因在于假设某一瞬间有两个线程A,B同时调用getInstance方法，均通过了空值校验的判读语句，由于有了加锁机制，当线程A进入synchronized锁定的代码中创建了实例，线程B处于等待状态，当线程A执行完毕后，线程B并不知道实例已经被创建，判断语句过掉执行创建实例，导致创建了多个实例，违背了单例模式的思想，因此需要一种**“双重检查锁定”**的方式

// 改进后的双重检验锁懒汉式单例模式 private static volatile LayzerSingleton layzerSingleton1= null; // 双重校验锁的懒汉式单例模式 public static LayzerSingleton getInstance2(){ if (layzerSingleton1 == null){ synchronized (LayzerSingleton.class){ if (layzerSingleton1 == null){ layzerSingleton1 = new LayzerSingleton(); } } } return layzerSingleton1; }

饿汉式单例模式和懒汉式单例模式的比较

一种更好的单例模式（静态内部类）

package com.learn.designmode.mode.singleLeton; public class Singleton { private static class HolderClass{ private static Singleton singleton = new Singleton(); } public static Singleton getInstance(){ return HolderClass.singleton; } }

单例模式总结

主要优点

（1）单例模式提供了唯一实例的受控访问，因为单例类封装了它唯一实例，所以它可以严格控制客户以及如何访问它。 （2）由于在系统中只存在一个对象，因此可以节约资源，对于一些需要频繁创建和销毁的对象，单例模式无疑提高了性能。 （3）允许可变的数目，基于单例模式，开发人员可进行扩展，使用与控制单例对象相似的方法来获得指定个数的实例对象，既节省资源，有解决了由于单例模式共享过多产生的问题。

主要缺点

（1）由于单例模式没有抽象层，因此单例类的扩展很大难度 （2）单例类的职责过重，在一定程度上违背了单一原则，单例类又提供了业务方法，又提供了创建对象的方法，将对象的创建于功能耦合在一起 （3）很多面向对象设计语言都提供了垃圾回收机制，因此实例化共享长时间不被利用，系统会认为它是垃圾，会自动回收并销毁资源，下次利用又被实例化，导致共享的单例对象状态丢失。

使用场景

（1）系统只需要一个实例对象，比如唯一的序列号生成器或者资源管理器，或者考虑资源消耗太大而只允许创建一个实例 （2）客户端调用类的单个实例只允许一个公共的访问节点，除了该访问节点，不能通过其他节点访问该实例。