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单例模式1.0

发布时间 2023-09-06 19:12:39作者: 千叶落木

提示：文章写完后，目录可以自动生成，如何生成可参考右边的帮助文档

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一、单例模式是什么？

1.官方解释

单例模式，属于创建类型的一种常用的软件设计模式。通过单例模式的方法创建的类在当前进程中只有一个实例（根据需要，也有可能一个线程中属于单例，如：仅线程上下文内使用同一个实例）
——百度百科

2.个人理解

一种最简单的设计模式，目标：只创建一次对象，在程序中其它需要用到相同功能的地方，只调用这个对象而不创建新的对象，保证了数据的一致性（例如：Java中的日历类）

3.分类

1.饿汉式：

饿汉式：在程序加载时就创建好实例，等待被调用。
优点：采用以空间换时间的策略。由于创建对象是一个比较慢的过程，提前创建好实例（对象）可以大大节省程序执行的时间。
缺点：如果不使用这个实例会浪费一定的空间资源（反驳：1.一般被设计成单例模式的对象不使用的可能性不大；2.如今硬件存储容量较大，对性能方面的需求：时间>空间）

2.懒汉式：

懒汉式：在程序调用时才创建实例。
优点：不使用就不创建节省内存空间。
缺点：拖慢程序运行速度。

二、详细说明

下面以一个简单的Java代码例子对设计过程进行分解解释。

目标：只创建一次对象

1.饿汉式

准备工作：
创建Dog类（单例模式）和Test测试类
Dog类代码如下（示例）：

//Dog类
public class Dog {
    public Dog() {
    }
}

Test类代码如下（示例）：

//Test类
public class Test {
    public static void main(String[] args) {
        Dog d1=new Dog();
        Dog d2=new Dog();
        System.out.println(d1);
        System.out.println(d2);
        Dog d3=d2;
        System.out.println(d3);
    }
}

打印地址：相同表示是同一对象，不相同表示不是同一对象。
运行结果：
运行结果
问题：new出来的两个对象地址不相同（表是不是同一个对象），不满足要求。
尝试解决：将public Dog()改为：private Dog()
Dog类代码如下（示例）：

//Dog类
public class Dog {
    private Dog() {
    }
}

Test类

新的问题：Test类里面不能再new Dog()；
尝试解决：将Test类里面的new Dog()；放入Dog类；
Dog类代码如下（示例）：

//Dog类
public class Dog {
private Dog(){      
    }
    public  Dog getDog(){  
        Dog dog=new Dog();
        return dog;
    }
}

Test类代码如下（示例）：

//Test类
public class Test {
    public static void main(String[] args) {
        Dog d1=Dog.getDog();
        System.out.println(d1);
    }
}

Test类
新的问题：没有暴露外部访问（Test类不能访问Dog类）
尝试解决：将Dog类里面的public Dog getDog()设为静态便于访问；
Dog类代码如下（示例）：

//Dog类
public class Dog {
private Dog(){    
    }
    public static Dog getDog(){
        Dog dog=new Dog();
        return dog;
    }
}

解决！
再次测试
Test类代码如下（示例）：

//Test类
public class Test {
    public static void main(String[] args) {
        Dog dog1 = Dog.getDog();
        Dog dog2 = Dog.getDog();
        System.out.println(dog1);
        System.out.println(dog2);
    }
}

测试结果
新的问题：地址不一致（对象不是同一个）
尝试解决：将“Dog dog=new Dog();”写到getDog(){}外面
Dog类

Dog类代码如下（示例）：

//Dog类
public class Dog {
    public Dog dog=new Dog();
    private Dog(){

    }
    public static Dog getDog(){

        return dog;
    }
}

新的问题：需要一个静态返回值，但是返回值不是静态
Dog类
尝试解决：将“Dog dog=new Dog();”设置为静态；
Dog类代码如下（示例）：

//Dog类
public class Dog {
    public   static Dog dog=new Dog();
    private Dog(){

    }
    public static Dog getDog(){

        return dog;
    }
}

解决！
测试

Test类代码如下（示例）：

//Test类
public class Test {
    public static void main(String[] args) {
        Dog dog1 = Dog.getDog();
        Dog dog2 = Dog.getDog();
        System.out.println(dog1);
        System.out.println(dog2);
    }
}

结果：
测试结果
嗯~貌似实现了目标
再次测试
Test类代码如下（示例）：

//Test类
public class Test {
    public static void main(String[] args) {
        Dog dog1 = Dog.getDog();
        Dog.dog = null;
        Dog dog2 = Dog.getDog();
        System.out.println(dog1);
        System.out.println(dog2);
        Dog dog3 = Dog.getDog();
        System.out.println(dog3);
    }
}

结果：
测试结果
新的问题：Dog类里面“public static Dog dog=new Dog();”
public导致Test类里面可以改变dog
尝试解决:将public改为private
Dog类代码如下（示例）：

//Dog类
public class Dog {
    private    static Dog dog=new Dog();
    private Dog(){

    }
    public static Dog getDog(){

        return dog;
    }
}

结果：Test类中不能再“ Dog.dog = null;”
失效
再次测试：
Test类代码如下（示例）：

//Test类
public class Test {
    public static void main(String[] args) {
        Dog dog1 = Dog.getDog();

        Dog dog2 = Dog.getDog();
        System.out.println(dog1);
        System.out.println(dog2);
        Dog dog3 = Dog.getDog();
        System.out.println(dog3);
    }
}

结果：
在这里插入图片描述
解决！
新的测试：尝试将上述Test类里面的问题（“Dog.dog = null;”）加入Dog类
Dog类代码如下（示例）：

//Dog类
public class Dog {
    private    static Dog dog=new Dog();
    private Dog(){

    }
    public static Dog getDog(){
        Dog.dog = null;
        return dog;
    }
}

测试：
Test类代码如下（示例）：

//Test类
public class Test {
    public static void main(String[] args) {
        Dog dog1 = Dog.getDog();

        Dog dog2 = Dog.getDog();
        System.out.println(dog1);
        System.out.println(dog2);
        Dog dog3 = Dog.getDog();
        System.out.println(dog3);
    }
}

结果：
测试
新的问题：在Dog类里面仍然可以改变dog
尝试解决：在“private static Dog dog=new Dog();”里面加final ，表示最后的不能修改的
结果：该行代码失效Dog
去掉该行代码！
Dog类代码如下（示例）：

//Dog类
public class Dog {
    private  final   static Dog dog=new Dog();
    private Dog(){

    }
    public static Dog getDog(){
 
        return dog;
    }
}

再次测试：
Test类代码如下（示例）：

//Test类
public class Test {
    public static void main(String[] args) {
        Dog dog1 = Dog.getDog();

        Dog dog2 = Dog.getDog();
        System.out.println(dog1);
        System.out.println(dog2);
        Dog dog3 = Dog.getDog();
        System.out.println(dog3);
    }
}

结果：
测试
完美解决！
以上Dog类就是一个完整的饿汉式单例模式！
总结：饿汉式单例模式代码如下

//Dog类
public class Dog {
    private  final   static Dog dog=new Dog();
    private Dog(){

    }
    public static Dog getDog(){

        return dog;
    }
}

2.懒汉式

问题：饿汉式提前创建对象在不使用对象时会浪费内存空间
尝试解决：使用的时候再创建（调用时判断，如果没有再创建）
改造Dog类：
Dog类代码如下（示例）：

//Dog类
public class Dog {
    private  final   static Dog dog=null;
    private Dog(){

    }
    public static Dog getDog(){
        dog=new Dog();
        return dog;
    }
}

这里会报错：原因是“final”与“ dog=new Dog();”冲突
修改Dog，删除final
Dog类代码如下（示例）：

//Dog类
public class Dog {
    private  static Dog dog=null;
    private Dog(){

    }
    public static Dog getDog(){
        dog=new Dog();
        return dog;
    }
}

测试:
Test类代码如下（示例）：

//Test类
public class Test {
    public static void main(String[] args) {
        Dog dog1 = Dog.getDog();

        Dog dog2 = Dog.getDog();
        System.out.println(dog1);
        System.out.println(dog2);
        Dog dog3 = Dog.getDog();
        System.out.println(dog3);
    }
}

结果：
测试
貌似实现了目标
Dog类
潜在问题：
涉及线程调度时第一个线程（Thread1）进来执行到第11行代码结束时间片刚好用完，但是还没有执行第14行，于是在第11行与第14行代码之间等待；此时线程2（Thread2）进来执行，相同的原因停留在在第11行与第14行代码之间等待；之后线程1（Thread1）重新获得时间片执行后续代码；而线程2（Thread2）苏醒时会再执行一次后续代码，从而导致不符合单例要求。
就上述问题换一种场景（多线程）再次测试
Test类代码如下（示例）：

//Test类（多线程）
public class Test2 {
    public static void main(String[] args) {
        Thread thread = new Thread() {
            public void run() {
                Dog dog = Dog.getDog();
                int hashCode = dog.hashCode();
                System.out.println(Thread.currentThread().getName() + ":" + hashCode);
            }
        };
        thread.start();
        Thread thread2 = new Thread() {
            public void run() {
                Dog dog = Dog.getDog();
                int hashCode = dog.hashCode();
                System.out.println(Thread.currentThread().getName() + ":" + hashCode);
            }
        };
        thread2.start();
    }
}

结果：
多线程测试
新的问题：可以看到两个线程所创建的对象的hashCode值不一样，那么也就代表如果多线程调用该单例模式则会出现线程安全问题。
尝试解决：加个“synchronized”在线程1（Thread1）进来后锁定，保证线程2（Thread2）不能进入
Dog类代码如下（示例）：

//Dog类
public class Dog {
    private  static Dog dog=null;
    private Dog(){

    }
    public static synchronized Dog getDog(){
        if(dog==null){
            dog=new Dog();
        }
        return dog;
    }
}

再次测试
Test类代码如下（示例）：

//Test类（多线程）
public class Test2 {
    public static void main(String[] args) {
        Thread thread = new Thread() {
            public void run() {
                Dog dog = Dog.getDog();
                int hashCode = dog.hashCode();
                System.out.println(Thread.currentThread().getName() + ":" + hashCode);
            }
        };
        thread.start();
        Thread thread2 = new Thread() {
            public void run() {
                Dog dog = Dog.getDog();
                int hashCode = dog.hashCode();
                System.out.println(Thread.currentThread().getName() + ":" + hashCode);
            }
        };
        thread2.start();
    }
}

结果：
结果
解决！
以上Dog类就是一个完整的懒汉式单例模式！
总结：懒汉式单例模式代码如下

//Dog类
public class Dog {
    private  static Dog dog=null;
    private Dog(){

    }
    public static synchronized Dog getDog(){
        if(dog==null){
            dog=new Dog();
        }
        return dog;
    }
}

详细学习请参考：

https://blog.csdn.net/qq_41286145/article/details/107357604?ops_request_misc={"request_id"%3A"169320979416800215034538"%2C"scm"%3A"20140713.130102334.."}&request_id=169320979416800215034538&biz_id=0&utm_medium=distribute.pc_search_result.none-task-blog-2blogtop_positive~default-2-107357604-null-null.268%5Ev1%5Ekoosearch&utm_term=%E5%8D%95%E4%BE%8B%E6%A8%A1%E5%BC%8F&spm=1018.2226.3001.4450