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设计模式的学习(四)-创建型模型——单例模式

时间:2019-12-26 12:26:08      阅读:88      评论:0      收藏:0      [点我收藏+]

  创建型模式的主要关注点是“怎样创建对象?”,它的主要特点是“将对象的创建与使用分离”。这样可以降低系统的耦合度,使用者不需要关注对象的创建细节,对象的创建由相关的工厂来完成,就像我们去商场购买商品,不需要知道商品怎么生产出来的,因为它们由专门的厂商生产。

  创建型模式分为以下几种。

  • 单例(Singleton)模式:某个类只能生成一个实例,该类提供了一个全局访问点提供外部获取该实例,其拓展是有限多例模式。
  • 原型(Prototype)模式:将一个对象作为原型,通过对其进行复制而克隆出多个和原型类似的新实例。
  • 工厂方法(FactoryMethod)模式:定义一个用于创建产品的接口,由子类决定生产什么产品。
  • 抽象工厂(AbstractFactory)模式:提供一个创建产品族的接口,其每个子类可以生产一系列相关的产品。
  • 建造者(Builder)模式:将一个复杂对象分解成多个相对简单的部分,然后根据不同需要分别创建它们,最后构建成该复杂对象。

以上 5 种创建型模式,除了工厂方法模式属于类创建型模式,其他的全部属于对象创建型模式,在之后的博客中详细地介绍它们的特点、结构与应用。


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。

单例模式的定义与特点

  单例(Singleton)模式的定义: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,这样可以避免因为打开多个任务管理器窗口而造成的内存资源浪费,或出现各个窗口显示内容的不一致错误。在计算机系统中, 还有windows的回收站,操作系统中的文件系统、多线程中的线程池、显卡的驱动程序对象、打印机的后台处理服务、应用程序的日志对象、数据库的连接池、网站的计数器、Web 应用的配置对象、应用程序中的对话框、系统中的缓存等常常被设计成单例。

  三个特点:

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

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

下面来分析其基本结构和实现方法。

1.单例模型的结构

  单例模式的主要角色: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。结构如下图所示。

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2.单例模型的实现

  Singleton模式通常有两种实现形式。

  第一种:懒汉式单例

  该模型的特点是类加载时没有生成单例,只有当第一次调用getInstance方法时才会创建这个单例。代码如下:

public class LazySingleton
{
    private static volatile LazySingleton instance=null;    //保证 instance 在所有线程中同步
    private LazySingleton(){}    //private 避免类在外部被实例化
    public static synchronized LazySingleton getInstance()
    {
        //getInstance 方法前加同步
        if(instance==null)
        {
            instance=new LazySingleton();
        }
        return instance;
    }
}

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。

  第二种:饿汉式单例

  该模式的特点是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。

ublic 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。

单例模式的应用实例

【例1】用懒汉式单例模式模拟产生美国当今总统对象

分析:在每一届任期内,美国的总统只有一人,所以本实例适合用单例模式实现,下图所示是用懒汉式单例实现的结构图。

 

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程序代码如下:

package test;

public class SingletonLazy {
    public static void main(String[] args) {
        President zt1=President.getInstance();
        zt1.getName();
        President zt2=President.getInstance();
        zt2.getName();
        if(zt1 == zt2)
        {
            System.out.println("同一个人");
        }
        else
        {
            System.out.println("不是同一个人");
        }
    }
}
class President
{
    private static volatile President instance = null; //保证instance在所有线程中同步
    //private避免类在外部被实例化
    private President()
    {
        System.out.println("产生一个总统");
    }
    public static synchronized President getInstance()
    {
        //在getInstance方法上加同步
        if(instance == null)
        {
            instance = new President();
        }
        else
        {
            System.out.println("已经有一个新总统,不能产生新总统");
        }
        return instance;
    }
    public void getName()
    {
        System.out.println("我是现任总统");
    }
}

程序运行结果如下:

产生一个总统
我是现任总统
已经有一个新总统,不能产生新总统
我是现任总统
同一个人

改成饿汉式

package test;

public class SingletonHungry {
    public static void main(String[] args) {
        President zt1=President.getInstance();
        zt1.getName();
        President zt2=President.getInstance();
        zt2.getName();
        if(zt1 == zt2)
        {
            System.out.println("同一个人");
        }
        else
        {
            System.out.println("不是同一个人");
        }
    }    
}
class President
{
    private static final President instance = new President(); //保证instance在所有线程中同步
    //private避免类在外部被实例化
    private President()
    {
        System.out.println("产生一个总统");
    }
    public static  President getInstance()
    {
        //在getInstance方法上加同步
        return instance;
    }
    public void getName()
    {
        System.out.println("我是现任总统");
    }
}

运行结果如下:

产生一个总统
我是现任总统
我是现任总统
同一个人

单例模式的应用场景

前面分析了单例模式的结构与特点,以下是它通常适用的场景的特点。

  • 在应用场景中,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。
  • 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。
  • 当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。

单例模式的扩展

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 ArmyList 中,客户需要时可随机获取,其结构图如图所示。

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设计模式的学习(四)-创建型模型——单例模式

原文:https://www.cnblogs.com/bardzx/p/12101022.html

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