Java—设计模式（单例模式）

来源：互联网发布：centos snmp 是否开启编辑：程序博客网时间：2024/06/06 05:37

概念：
　　java中单例模式是一种常见的设计模式，单例模式的写法有好几种，这里主要介绍2种：懒汉式单例、饿汉式单例。
　　单例模式有以下特点：
　　1、单例类只能有一个实例。
　　2、单例类必须自己创建自己的唯一实例。
　　3、单例类必须给所有其他对象提供这一实例。

　　单例模式确保某个类只有一个实例，而且自行实例化并向整个系统提供这个实例。在计算机系统中，线程池、缓存、日志对象、对话框、打印机、显卡的驱动程序对象常被设计成单例。这些应用都或多或少具有资源管理器的功能。每台计算机可以有若干个打印机，但只能有一个Printer Spooler，以避免两个打印作业同时输出到打印机中。每台计算机可以有若干通信端口，系统应当集中管理这些通信端口，以避免一个通信端口同时被两个请求同时调用。总之，选择单例模式就是为了避免不一致状态，避免政出多头。

一、懒汉式单例

[java] view plain copy
 print?
//懒汉式单例类.在第一次调用的时候实例化自己   
public class Singleton {  
    private Singleton() {}  
    private static Singleton single=null;  
    //静态工厂方法   
    public static Singleton getInstance() {  
         if (single == null) {    
             single = new Singleton();  
         }    
        return single;  
    }  
}  

Singleton通过将构造方法限定为private避免了类在外部被实例化，在同一个虚拟机范围内，Singleton的唯一实例只能通过getInstance()方法访问。

（事实上，通过Java反射机制是能够实例化构造方法为private的类的，那基本上会使所有的Java单例实现失效。此问题在此处不做讨论，姑且掩耳盗铃地认为反射机制不存在。）

但是以上懒汉式单例的实现没有考虑线程安全问题，它是线程不安全的，并发环境下很可能出现多个Singleton实例，要实现线程安全，有以下三种方式，都是对getInstance这个方法改造，保证了懒汉式单例的线程安全，如果你第一次接触单例模式，对线程安全不是很了解，可以先跳过下面这三小条，去看饿汉式单例，等看完后面再回头考虑线程安全的问题：

1、在getInstance方法上加同步

[java] view plain copy
 print?
public static synchronized Singleton getInstance() {  
         if (single == null) {    
             single = new Singleton();  
         }    
        return single;  
}  

2、双重检查锁定

[java] view plain copy
 print?
public static Singleton getInstance() {  
        if (singleton == null) {    
            synchronized (Singleton.class) {    
               if (singleton == null) {    
                  singleton = new Singleton();   
               }    
            }    
        }    
        return singleton;   
    }  

3、静态内部类

[java] view plain copy
 print?
public class Singleton {    
    private static class LazyHolder {    
       private static final Singleton INSTANCE = new Singleton();    
    }    
    private Singleton (){}    
    public static final Singleton getInstance() {    
       return LazyHolder.INSTANCE;    
    }    
}    

这种比上面1、2都好一些，既实现了线程安全，又避免了同步带来的性能影响。

二、饿汉式单例

[java] view plain copy
 print?
//饿汉式单例类.在类初始化时，已经自行实例化   
public class Singleton1 {  
    private Singleton1() {}  
    private static final Singleton1 single = new Singleton1();  
    //静态工厂方法   
    public static Singleton1 getInstance() {  
        return single;  
    }  
}  

饿汉式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，所以天生是线程安全的。

饿汉式和懒汉式区别

从名字上来说，饿汉和懒汉，

饿汉就是类一旦加载，就把单例初始化完成，保证getInstance的时候，单例是已经存在的了，

而懒汉比较懒，只有当调用getInstance的时候，才回去初始化这个单例。

另外从以下两点再区分以下这两种方式：

1、线程安全：

饿汉式天生就是线程安全的，可以直接用于多线程而不会出现问题，

懒汉式本身是非线程安全的，为了实现线程安全有几种写法，分别是上面的1、2、3，这三种实现在资源加载和性能方面有些区别。

2、资源加载和性能：

饿汉式在类创建的同时就实例化一个静态对象出来，不管之后会不会使用这个单例，都会占据一定的内存，但是相应的，在第一次调用时速度也会更快，因为其资源已经初始化完成，

而懒汉式顾名思义，会延迟加载，在第一次使用该单例的时候才会实例化对象出来，第一次调用时要做初始化，如果要做的工作比较多，性能上会有些延迟，之后就和饿汉式一样了。

至于1、2、3这三种实现又有些区别，

第1种，在方法调用上加了同步，虽然线程安全了，但是每次都要同步，会影响性能，毕竟99%的情况下是不需要同步的，

第2种，在getInstance中做了两次null检查，确保了只有第一次调用单例的时候才会做同步，这样也是线程安全的，同时避免了每次都同步的性能损耗

第3种，利用了classloader的机制来保证初始化instance时只有一个线程，所以也是线程安全的，同时没有性能损耗，所以一般我倾向于使用这一种。

什么是线程安全？

如果你的代码所在的进程中有多个线程在同时运行，而这些线程可能会同时运行这段代码。如果每次运行结果和单线程运行的结果是一样的，而且其他的变量的值也和预期的是一样的，就是线程安全的。

或者说：一个类或者程序所提供的接口对于线程来说是原子操作，或者多个线程之间的切换不会导致该接口的执行结果存在二义性,也就是说我们不用考虑同步的问题，那就是线程安全的。

Java当中的RunTime类

每一个Java程序都有一个且只有一个Runtime类的单一实例。

RunTime类非常特殊，是没有构造方法的。它提供了应用程序和java的接口。是通过Runtime.getRuntime()获取Runtime类的实例。

可以通过RunTime类的对象来获取JVM所使用的内存。

class RuntimeTest

{

public static void main(String[] args)

{

Runtime rt=Runtime.getRuntime(); //静态方法

System.out.println(rt.freeMemory()); //可用内存

System.out.println(rt.totalMemory()); //总内存

}

RunTime可以调用外部程序：

class RuntimeTest

{

public static void main(String[] args){

Runtime rt=Runtime.getRuntime(); //静态方法

try

{

rt.exec("notepad");

}

catch(Exception e)

{

e.printStackTrace();

}

调用的外部程序可以返回一个process，process对象可以管理子进程。Process是个抽象类，不可以直接实例化，是通过Process p=rt.exec("javac ClassTest.java") 来获取这个类的实例。

import java.io.*;

class RuntimeTest //实际上，此程序是把ClassTest.class的输入打印到屏幕上。

{

public static void main(String[] args){

Runtime rt=Runtime.getRuntime(); //静态方法

try

{

Process p=rt.exec("java ClassTest");

InputStream is=p.getInputStream();

int data;

while((data=is.read())!=-1)

{

System.out.print((char)data);

}

catch(Exception e)

{

e.printStackTrace();

}

单例模式：

一个类只有一个实例，而且自行实例化（不用new，而是采用其他的方式来实例化比如 getRuntime()）并向整个系统提供这个实例，这个类称为单例类。实际上在单例类内部还是用了new来创建了该类的对象。

为了避免了外部利用构造方法去new实例单例类，就把类的构造方法是声明为私有的。

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