Java设计模式学习笔记—单例模式(上)

前言

目前设计模式学习主要基于菜鸟教程的设计模式,后期不排除会追加从其他地方学来内容。

文章最后“Java设计模式笔记示例代码整合”为本系列代码整合,所有代码均为个人手打并运行测试,不定期更新。本节内容位于其Singleton包(package)中。

单例模式

单例模式(Singleton Pattern)是 Java 中最简单的设计模式之一。这种类型的设计模式属于创建型模式,它提供了一种创建对象的最佳方式。

这种模式涉及到一个单一的类,该类负责创建自己的对象,同时确保只有单个对象被创建。这个类提供了一种访问其唯一的对象的方式,可以直接访问,不需要实例化该类的对象。

注意:

  • 单例类只能有一个实例。
  • 单例类必须自己创建自己的唯一实例。
  • 单例类必须给所有其他对象提供这一实例。

风语:简单来说,单例模式就是私有化自身构造函数,自身创建一个自己的实例化并对外开放,外部只能通过开放的这个实例进行该类的相关操作。

资料卡片

基础资料卡

意图

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。

主要解决

一个全局使用的类频繁地创建与销毁。

何时使用

当您想控制实例数目,节省系统资源的时候。

如何解决

判断系统是否已经有这个单例,如果有则返回,如果没有则创建。

关键代码

构造函数是私有的。

应用实例:

  • 一个党只能有一个主席。
  • Windows 是多进程多线程的,在操作一个文件的时候,就不可避免地出现多个进程或线程同时操作一个文件的现象,所以所有文件的处理必须通过唯一的实例来进行。
  • 一些设备管理器常常设计为单例模式,比如一个电脑有两台打印机,在输出的时候就要处理不能两台打印机打印同一个文件。

优点

  • 在内存里只有一个实例,减少了内存的开销,尤其是频繁的创建和销毁实例(比如管理学院首页页面缓存)。
  • 避免对资源的多重占用(比如写文件操作)。

缺点

没有接口,不能继承,与单一职责原则冲突,一个类应该只关心内部逻辑,而不关心外面怎么样来实例化。

使用场景

  • 要求生产唯一序列号。
  • WEB 中的计数器,不用每次刷新都在数据库里加一次,用单例先缓存起来。
  • 创建的一个对象需要消耗的资源过多,比如 I/O 与数据库的连接等。

注意事项

getInstance() 方法中需要使用同步锁 synchronized (Singleton.class) 防止多线程同时进入造成 instance 被多次实例化。

具体实现

我们将创建一个 SingleObject 类。SingleObject 类有它的私有构造函数和本身的一个静态实例。

SingleObject 类提供了一个静态方法,供外界获取它的静态实例。SingletonPatternDemo,我们的演示类使用 SingleObject 类来获取 SingleObject 对象。

1、创建一个 Singleton 类。

SingleObject.java

public class SingleObject {
    //创建一个 SingleObject 的对象
    private static SingleObject instance = new SingleObject();
    //让构造函数为private,这样该类就不会被实例化
    private SingleObject(){}

    public static SingleObject getInstance(){
        return instance;
    }

    public void showMessage(){
        System.out.println("Hello World!");
    }
}

2、从 singleton 类获取唯一的对象。

SingletonPatternDemo.java

public class SingletonPatternDemo {
    public static void main(String[] args){
        //不合法的构造函数
        //编译时错误:构造函数 SingleObject 是不可见的
//        SingleObject tobject = new SingleObject();

        //获取唯一可用的对象
        SingleObject object = SingleObject.getInstance();
        //显示消息
        object.showMessage();
    }
}

3、验证输出。

Hello World!

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