Java设计模式之单例模式(多例)

1. 单例模式

定义：指一个类只有一个实例，且该类能以一种模式创建该实例。例如一个公司只能有一个CEO，属于单例模式

特点：

• 该单例对象必须由单例类自行创建
• 单例类对外提供一个访问该单例的全局访问点
• 单例类只有一个实例对象

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：

• 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
• 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
• 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

应用场景：

• 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
• 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
• 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
• 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
• 频繁访问数据库或文件的对象
• 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
• 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，并加快对象访问速度。如 Web 中的配置对象、数据库的连接池等

实现： 将类的构造函数设为私有，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

1.1 懒汉式单例实现

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

public class LazySingleton {
    // static关键字保证instance在内存中只有一份
    private static LazySingleton instance = null;

    private LazySingleton() {
    }

    // synchronized关键字保证同时只有一个线程能进入该方法，避免太多new LazySingleton()
    public static synchronized LazySingleton getInstance() {
        if (instance == null) {
            instance = new LazySingleton();
        }
        return instance;
    }
}

1.2 饿汉式单例实现

类一旦加载就创建一个单例，保证在调用getInstance方法之前单例就已经存在了

publc class HungrySingleton {
    private static HungrySingleton instance = new HungrySingleton();

    private HungrySingleton() {
    }

    public static HungrySingleton getInstance() {
        return instance;
    }
}

1.3 多例(Multitcm)模式

单例模式可扩展为有限的多例(Multitcm)模式，这种模式可生成有限个实例并保存在ArrayList中，需要时可从ArrayList随机获取

public class Multitcm {
    private static int listSize = 3;

    // static关键字保证list在内存中只有一份
    private static ArrayList list = new ArrayList();

    // 添加3个实例到list
    static {
        for(int i = 0; i < listSize; i++) {
            list.add(new Multitcm());
        }
    }

    private Multitcm() {
    }

    // 从list中随机获取一个实例
    public static Multitcm getRandomInstance() {
        int index = (int) (Math.random() * listSize);
        return list.get(index);
    }
}