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设计模式分为三种类型,共23种:
- 创建型模式:单例模式、抽象工厂模式、原型模式、建造者模式、工厂模式。
- 结构型模式:适配器模式、桥接模式、装饰模式、组合模式、外观模式、享元模式、代理模式。
- 行为型模式:模版方法模式、命令模式、访问者模式、迭代器模式、观察者模式、中介者模式、备忘录模式、解释器模式(Interpreter模式)、状态模式、策略模式、职责链模式(责任链模式)。
之后我们将按照上述的顺序逐个讲解,首先我们来看单例模式:
一.单例设计模式介绍
- 保证一个类仅有一个实例,并提供一个访问它的全局访问点。
- 也就是说采取一定的方法保证在整个的软件系统中,对某个类只能存在一个对象实例,并且该类只提供一个取得其对象实例的方法(静态方法)。
二.单例设计模式八种实现方式
单例模式有八种方式:
- 饿汉式(静态属性)
- 饿汉式(静态代码块)
- 懒汉式(线程不安全)
- 懒汉式(线程安全,同步方法)
- 懒汉式(线程安全,同步代码块)
- 双重检查
- 静态内部类
- 枚举
下面我们按照顺序讲解,首先我们来看饿汉式(静态常量):
1.饿汉式(静态属性)
步骤如下:
- 构造器私有化 (防止 new )。
- 类的内部创建对象。
- 向外暴露一个静态的公共方法。
代码演示:
public class SingletonMode01 {
//1.构造器私有化 (防止 new )
private SingletonMode01(){
}
//2.类的内部创建对象(静态属性)
private static SingletonMode01 instance = new SingletonMode01();
//3.向外暴露一个静态的公共方法。getInstance
public static SingletonMode01 getInstance(){
return instance;
}
}
优缺点:
- 优点:这种写法比较简单,就是在类装载的时候就完成实例化。避免了线程同步问题。
- 缺点:在类装载的时候就完成实例化,没有达到Lazy Loading的效果。如果从始至终从未使用过这个实例,则会造成内存的浪费。
这种单例模式可用,可能造成内存浪费
2.饿汉式(静态代码块)
步骤如下:
- 与1相同就是对静态常量赋值时在静态代码块中执行
代码演示:
public class SingletonMode02 {
//1.构造器私有化 (防止 new )
private SingletonMode02(){
}
//2.类的内部创建对象(静态常量)
private static SingletonMode02 instance;
//在静态代码中对静态常量赋值
static{
instance = new SingletonMode02();
}
//3.向外暴露一个静态的公共方法。getInstance
public static SingletonMode02 getInstance(){
return instance;
}
}
优缺点:
- 这种方式和上面的方式其实类似,只不过将类实例化的过程放在了静态代码块中,也是在类装载的时候,就执行静态代码块中的代码,初始化类的实例。优缺点和上面是一样的。
这种单例模式可用,但是可能造成内存浪费
3.懒汉式(线程不安全)
代码演示:
public class SingletonMode03 {
private static SingletonMode03 instance;
private SingletonMode03(){
}
//当调用getInstance才创建单例对象,饿汉式
public static SingletonMode03 getInstance(){
if(instance == null){
instance = new SingletonMode03();
}
return instance;
}
}
优缺点:
- 起到了Lazy Loading的效果,但是只能在单线程下使用。
- 如果在多线程下,一个线程进入了if (instance == null)判断语句块,还未来得及往下执行,另一个线程也通过了这个判断语句,这时便会产生多个实例。所以在多线程环境下不可使用这种方式。
在实际开发中,不要使用这种方式。
4.懒汉式(线程安全,同步方法)
代码演示:
public class SingletonMode04 {
private static SingletonMode04 instance;
private SingletonMode04(){
}
//加入了同步方法,解决线程不安全问题
public static synchronized SingletonMode04 getInstance(){
if(instance == null){
instance = new SingletonMode04();
}
return instance;
}
}
优缺点:
- 解决了线程不安全问题
- 效率太低了,每个线程在想获得类的实例时候,执行getInstance()方法都要进行同步。而其实这个方法只执行一次实例化代码就够了,后面的想获得该类实例,直接return就行了。方法进行同步效率太低。
在实际开发中,不推荐使用这种方式。
5.懒汉式(线程安全,同步代码块)
public class SingletonMode05 {
private static SingletonMode05 instance;
private SingletonMode05 (){
}
//加入了同步代码块,解决线程不安全问题
public static SingletonMode05 getInstance(){
if(instance == null){
synchronized (SingletonMode05.class){
instance = new SingletonMode05();
}
}
return instance;
}
}
优缺点:
- 这种方式,本意是想对第四种实现方式的改进,因为前面同步方法效率太低, 改为同步产生实例化的的代码块。
- 但是这种同步并不能起到线程同步的作用。跟第3种实现方式遇到的情形一致,假如一个线程进入了if (instance == null)判断语句块,还未来得及往下执行,另一个线程也通过了这个判断语句,这时便会产生多个实例
在实际开发中,不能使用这种方式
6.双重检查
public class SingletonMode06 {
//volatile关键字:
//1. 保证变量的可见性:当一个被volatile关键字修饰的变量被一个线程修改的时候,其他线程可以立刻得到修改之后的结果。
// 当一个线程向被volatile关键字修饰的变量写入数据的时候,虚拟机会强制它被值刷新到主内存中。
// 当一个线程用到被volatile关键字修饰的值的时候,虚拟机会强制要求它从主内存中读取。
//2. 屏蔽指令重排序:指令重排序是编译器和处理器为了高效对程序进行优化的手段;
// 它只能保证程序执行的结果时正确的,但是无法保证程序的操作顺序与代码顺序一致。
// 这在单线程中不会构成问题,但是在多线程中就会出现问题。
// 非常经典的例子是在单例方法中同时对字段加入voliate,就是为了防止指令重排序。
private static volatile SingletonMode06 instance;
private SingletonMode06() {
}
//使用双重检查
public static SingletonMode06 getInstance() {
if(instance == null){
synchronized (SingletonMode06.class){
if(instance == null){
instance = new SingletonMode06();
}
}
}
return instance;
}
}
优缺点:
- Double-Check概念是多线程开发中常使用到的,如代码中所示,我们进行了两次if (instance == null)检查,这样就可以保证线程安全了。
- 这样,实例化代码只用执行一次,后面再次访问时,判断if (instance == null),直接return实例化对象,也避免的反复进行方法同步。
- 这种方法线程安全;延迟加载;效率较高
在实际开发中,推荐使用这种单例设计模式
7.静态内部类
public class SingletonMode07 {
private SingletonMode07(){
}
private static class SingletonModeInstance{
private static final SingletonMode07 INSTANCE = new SingletonMode07();
}
public static SingletonMode07 getInstance(){
return SingletonModeInstance.INSTANCE;
}
}
优缺点:
- 这种方式采用了类装载的机制来保证初始化实例时只有一个线程。
- 静态内部类方式在SingletonMode07类被装载时INSTANCE并不会立即实例化,而是在需要实例化时,调用getInstance方法,才会装载SingletonModeInstance类,从而完成SingletonMode07的实例化。
- 类的静态属性只会在第一次加载类的时候初始化,所以在这里,JVM帮助我们保证了线程的安全性,在类进行初始化时,别的线程是无法进入的。
- 这种方式避免了线程不安全,利用静态内部类特点实现延迟加载,效率高
推荐使用这种方法。
8.枚举
public enum SingletonMode08 {
INSTANCE("单例模式",123456);
private String name;
private int number;
SingletonMode08(String name, int number) {
this.name = name;
this.number = number;
}
@Override
public String toString() {
return "SingletonMode08{" +
"name='" + name + '\'' +
", number=" + number +
'}';
}
}
优缺点:
- 这借助JDK1.5中添加的枚举来实现单例模式。不仅能避免多线程同步问题,而且还能防止反序列化重新创建新的对象。
- 这种方式是Effective Java作者Josh Bloch 提倡的方式
这种方式推荐使用
三.单例设计模式小结
- 单例模式保证了 系统内存中该类只存在一个对象,节省了系统资源,对于一些需要频繁创建销毁的对象,使用单例模式可以提高系统性能
- 当想实例化一个单例类的时候,必须要记住使用相应的获取对象的方法,而不是使用new
- 单例模式使用的场景:需要频繁的进行创建和销毁的对象、创建对象时耗时过多或耗费资源过多(即:重量级对象),但又经常用到的对象、工具类对象、频繁访问数据库或文件的对象(比如数据源、session工厂等)