设计模式~~~单例模式-Peak-Gao

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在有些系统中，为了节省内存资源、保证数据内容的一致性，对某些类要求只能创建一个实例，这就是所谓的单例模式。

单例模式在现实生活中的应用也非常广泛，例如公司 CEO、部门经理等都属于单例模型

一、概念

指一个类只有一个实例，且该类能自行创建这个实例的一种模式。 例如，Windows
中只能打开一个任务管理器，这样可以避免因打开多个任务管理器窗口而造成内存资源的浪费，或出现各个窗口显示内容的不一致等错误。

二、特点

1. 单例类只能有一个实例。
2. 提供全局的访问点
3. 单例类必须自己创建自己的唯一实例。

三、优点和缺点

优点：

• 单例模式可以保证内存里只有一个实例，减少了内存的开销。
• 可以避免对资源的多重占用。
• 单例模式设置全局访问点，可以优化和共享资源的访问。

缺点：

1. 单例模式一般没有接口，扩展困难。如果要扩展，则除了修改原来的代码，没有第二种途径，违背开闭原则。
2. 在并发测试中，单例模式不利于代码调试。在调试过程中，如果单例中的代码没有执行完，也不能模拟生成一个新的对象。
3. 单例模式的功能代码通常写在一个类中，如果功能设计不合理，则很容易违背单一职责原则

四、使用场景

对于 Java 来说，单例模式可以保证在一个 JVM 中只存在单一实例。单例模式的应用场景主要有以下几个方面。

1. 需要频繁创建的一些类，使用单例可以降低系统的内存压力，减少 GC。
2. 某类只要求生成一个对象的时候，如一个班中的班长、每个人的身份证号等。
3. 某些类创建实例时占用资源较多，或实例化耗时较长，且经常使用。
4. 某类需要频繁实例化，而创建的对象又频繁被销毁的时候，如多线程的线程池、网络连接池等。
5. 频繁访问数据库或文件的对象。
6. 对于一些控制硬件级别的操作，或者从系统上来讲应当是单一控制逻辑的操作，如果有多个实例 则系统会完全乱套。
7. 当对象需要被共享的场合。由于单例模式只允许创建一个对象，共享该对象可以节省内存，并加对象访问速度。如 Web 中的配置对象、数据库的连接池等。

五、单例模式的结构与实现

单例模式是设计模式中最简单的模式之一。通常，普通类的构造函数是公有的，外部类可以通过“new 构造函数()”来生成多个实例。但是，如果将类的构造函数设为私有的，外部类就无法调用该构造函数，也就无法生成多个实例。这时该类自身必须定义一个静态私有实例，并向外提供一个静态的公有函数用于创建或获取该静态私有实例。

5.1 单例模式的结构

单例模式的主要角色如下。
单例类：包含一个实例且能自行创建这个实例的类。
访问类：使用单例的类

5.2 代码伺候（ 单例模式的实现）

懒汉式

• 特点：类加载时没有生成单例，只有当第一次调用 getlnstance 方法时才去创建这个单例。
• 饿汉式单例在类创建的同时就已经创建好一个静态的对象供系统使用，以后不再改变，所以是线程安全的，可以直接用于多线程而不会出现问题。

/**
 * 设计模式：单例模式~~~懒汉式
 *它是不安全的
 */
public class LazySingleton {
    private static  LazySingleton instance
    private LazySingleton() { }
    public static  LazySingleton getInstance() {
        if (instance == null) {
            instance = new LazySingleton()
        }
        return instance
    }

}

保证懒汉式线程安全
注意：如果编写的是多线程程序，则不要删除上例代码中的关键字 volatile 和 synchronized，否则将存在线程非安全的问题。如果不删除这两个关键字就能保证线程安全，但是每次访问时都要同步，会影响性能，且消耗更多的资源，这是懒汉式单例的缺点。

public class LazySingleton {
    private static  volatile LazySingleton instance   //保证 instance 在所有线程中同步

    private LazySingleton() { }   //private 是为了不被外部实例化

    public static synchronized LazySingleton getInstance() {     //给getInstance方法加同步
        if (instance == null) {
            instance = new LazySingleton()
        }
        return instance
    }

}

饿汉式

• 特点:类一旦加载就创建一个单例，保证在调用 getInstance 方法之前单例已经存在了。

/**
 * 设计模式：单例模式~~~饿汉式
 *它天生就是安全的
 */
public class HungrySingleton {
    private static final HungrySingleton instance = new HungrySingleton()

    private HungrySingleton() { }

    public static HungrySingleton getInstance() {
        return instance
    }
}

饿汉式单例在类创建的同时就已经创建好一个静态的对象供系统使用，以后不再改变，所以是线程安全的，可以直接用于多线程而不会出现问题。

六、单例模式的应用实例

懒汉式

public class SingletonLazy {
    public static void main(String[] args) {
        President president1 = President.getInstance()
        president1.getName()
        President president2 = President.getInstance()
        president2.getName()
        if (president1 == president2) {
            System.out.println("是同一个总统")

        } else {
            System.out.println("不是同一个总统")
        }


    }
}

class President {
    private static volatile President instance=null //保证 instance 在所有线程中同步

    private President() {
        System.out.println("产生一个总统")
    }  //避免类被外部实例化
    public static synchronized President getInstance() {
        if (instance == null) {
            instance = new President()

        } else {
            System.out.println("已经有一个总统！！想要几个")
        }
        return instance
    }
    public void getName() {
        System.out.println("我是总统：特朗普")
    }
}

程序运行结果：

产生一个总统
我是总统：特朗普
已经有一个总统！！想要几个
我是总统：特朗普
是同一个总统 

                                           图解