设计模式-单例模式

单例模式

单例模式(Singleton Pattern)是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。

单例模式是一种创建型设计模式，它确保一个类只有一个实例，并提供了一个全局访问点来访问该实例。

注意：

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。

主要解决

频繁创建和销毁全局使用的类实例的问题。

何时使用

当需要控制实例数目，节省系统资源时。

类图示例

代码实现

class SingleObject {
    private static SingleObject instance = new SingleObject();

    private SingleObject() {
    }

    public static SingleObject getInstance() {
        return instance;
    }

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

public class Singleton {
    public static void main(String[] args) {
        //不能使用构造函数
        //SingleObject s1 = new SingleObject();
        SingleObject s1 = SingleObject.getInstance();
        s1.showMessage();
    }
}

单例模式的几种实现方式

懒汉式(只有使用时才会加载实例)，线程不安全

class SingleObject {
    private static SingleObject instance;
    private SingleObject() {}
    public static SingleObject getInstance() {
        if (instance == null) {
            instance = new SingleObje();
        }
        return instance;
    }
}

懒汉式(只有使用时才会加载实例)，线程安全

使用加锁的方式

class SingleObject {
    private static SingleObject instance;
    private SingleObject() {}
    public static synchronized SingleObject getInstance(){
        if(instance == null){
            instance = new SingleObject();
        }
        return instance;
    }
}

饿汉式(加载类的时候就实例化)

class SingleObject {
    private static SingleObject instance = new SingleObject();
    private SingleObject() {}
    public static SingleObject getInstance() {
        return instance;
    }
}

双重锁

class SingleObject {
    private static SingleObject instance;
    private SingleObject() {}
    public static SingleObject getInstance() {
        if (instance == null) {
            synchronized (SingleObject.class) {
                if (instance == null) {
                    instance = new SingleObject();
                }
            }
        }
        return instance;
    }
}

模式分析

单例模式的目的是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。单例模式包含的角色只有一个就是单例类。单例模式拥有一个私有构造函数，确保用户无法通过new直接实例化。

优点

1. 节省资源：单例模式通过确保一个类只有一个实例来避免重复创建对象，从而节省了内存和计算资源。这对于需要频繁创建和销毁对象的场景特别有用。
2. 全局访问：单例模式提供了一个全局访问点来访问该类的实例，这使得在程序的任何地方都可以方便地获取和使用该实例。
3. 控制实例数量：通过单例模式，可以严格控制一个类在内存中的实例数量，从而避免因为多个实例导致的资源竞争和数据不一致等问题。
4. 简化管理：由于只有一个实例，因此可以更容易地管理和维护该实例的状态和行为，特别是在需要跟踪和记录实例变化的情况下。

缺点

1. 单例类的职责过重：如果单例类承担了过多的职责，会导致代码结构复杂，难以维护和扩展。这违反了单一职责原则，即一个类应该只有一个引起它变化的理由。
2. 线程安全问题：在多线程环境下，如果没有正确实现同步机制，可能会导致多个实例被创建。虽然可以通过加锁等方式来解决这个问题，但会增加代码的复杂性和执行开销。
3. 难以测试：由于单例类的实例在程序中是唯一的，因此很难对其进行单元测试。这通常需要使用特殊的测试技巧，如依赖注入、模拟（mock）等。
4. 依赖关系：单例模式可能导致代码之间的紧密依赖关系，特别是当多个类依赖于同一个单例实例时。这种依赖关系会增加代码的耦合度，降低系统的灵活性和可维护性。
5. 扩展困难：如果需要在程序中引入新的单例类，或者需要修改现有单例类的行为，可能会涉及到大量的代码修改和测试工作。这增加了系统扩展和维护的难度。