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【设计模式】| 修炼内功 | 23种设计模式——单例模式

狮子也疯狂 2024-06-14 17:17:37

简介【设计模式】| 修炼内功 | 23种设计模式——单例模式

设计模式如同织锦之艺术，精心构筑，展示优美。
学习设计模式，犹如追逐清晨的曙光，扉页掀开了人生的新篇章。当你学会设计模式的奥秘，就如同走进了灯火通明的城市，丰富多彩的建筑，让你大开眼界，拥有了整个世界般的视野。
设计模式如同一面明镜，让人自省和反思，看清自己的不足；同时也是一盏明灯，照亮你前行的道路。
它像是一座桥，将你从学生的世界带入到职业的殿堂，让你稳步前行。
学习设计模式，让你的代码更有灵魂，更有温度，更有品味。
它是一种成长，是一种提升，更是一种追求卓越的态度。
让我们一起学习设计模式，饱览编程之美！

快来和?一起学习设计模式叭，修炼内功无上心法！！！
在这里插入图片描述

一. ? 设计模式?知道

23种设计模式可以按照其功能划分为三类，分别是创建型模式、结构型模式和行为型模式，具体如下：

1. 创建型模式：

工厂方法模式（Factory Method）
抽象工厂模式（Abstract Factory）
单例模式（Singleton）
建造者模式（Builder）
原型模式（Prototype）

2. 结构型模式：

适配器模式（Adapter）
桥接模式（Bridge）
组合模式（Composite）
装饰器模式（Decorator）
外观模式（Facade）
享元模式（Flyweight）
代理模式（Proxy）

3. 行为型模式：

职责链模式（Chain of Responsibility）
命令模式（Command）
解释器模式（Interpreter）
迭代器模式（Iterator）
中介者模式（Mediator）
备忘录模式（Memento）
观察者模式（Observer）
状态模式（State）
策略模式（Strategy）
模板方法模式（Template Method）
访问者模式（Visitor）

以上23种设计模式都是经典的设计模式，它们被广泛应用于软件开发中，以提高代码的可复用性、扩展性、灵活性和可维护性。
今天我们先来研究一下单例模式

二. ? 目标掌握?单例模式

Ⅰ. 懒汉模式

延迟加载，只有在真正使用的时候，才开始实例化

线程安全问题
double check 加锁优化
编译器(JIT),CPU 有可能对指令进行重排序，导致使用到尚未初始化的实例，可以通过添加volatile 关键字进行修饰对于volatile 修饰的字段，可以防止指令重排。

class LazySingleton{
    //  加volatile 防止多线程情况下，CPU 有可能对指令进行重排序
    private volatile static LazySingleton instance;
    private LazySingleton(){}
    public  static LazySingleton getInstance(){
        if (instance == null){
            synchronized (LazySingleton.class){
                if (instance == null){
                    instance = new LazySingleton();
                }
            }
        }
        return instance;
    }

}

这样输出的实例都会是同一个，如图：

Ⅱ. 饿汉模式

类加载的初始化阶段就完成了实例的初始化。本质上就是借助于JVM类加载机制，保证实例的唯一性。

类加载过程:

加载二进制数据到内存中，生成对应的Class数据结构
连接: a.验证，b.准备 (给类的静态成员变量赋默认值)，c.解析
初始化: 给类的静态变量赋初值

class HungarySingleton{
    private static HungarySingleton instance = new HungarySingleton();
//    使用私有构造函数，防止从外部实例化实例。
    private HungarySingleton (){};
    public static   HungarySingleton getInstance(){
        return instance;
    }

}

只有在真正使用对应的类时，才会触发初始化如(当前类是启动类即main函数所在类，直接进行new 操作，访问静态属性、访问静态方法，用反射访问类，初始化一个类的子类等.)

Ⅲ. 静态内部类

静态内部类模式将单例对象的创建和getInstance()方法的调用分开，只有在第一次调用getInstance()方法时，才会触发静态内部类的加载，进而创建单例对象。由于一个类的静态内部类只会被加载一次，因此静态内部类模式也是线程安全的。

本质上是利用类的加载机制来保证线程安全
只有在实际使用的时候，才会触发类的初始化，所以也是懒加载的一种形式。

public class InnerClassSingletonTest {
    public static void main(String[] args) {
        new Thread(()->{
            InnerClassSingleton instance = InnerClassSingleton.getInstance();
            System.out.println(instance);
        }
        ).start();
        new Thread(()->{
            InnerClassSingleton instance = InnerClassSingleton.getInstance();
            System.out.println(instance);
        }
        ).start();

    }

}
// 静态内部类模式
class InnerClassSingleton{
    private static class InnerClassSingleHolder{
        private static InnerClassSingleton instance = new InnerClassSingleton();
    }
    private InnerClassSingleton(){}
    public static InnerClassSingleton getInstance(){
        return InnerClassSingleHolder.instance;
    }
}

即使是在多线程模式下，获取的也是同一个实例，运行结果如下：

Ⅳ. 枚举类型

是一种利用枚举类型实现的单例模式，它可以保证在任何情况下都只有一个实例对象存在。枚举类型在Java中天生是单例的，所以枚举实现的单例模式非常简单，同时也具有线程安全、防止反射和序列化攻击的特点。但是，它不太灵活，不能继承其他类或者实现接口。

public enum EnumSingleton {
    INSTANCE;

    public static EnumSingleton getInstance() {
        return INSTANCE;
    }
}

Ⅴ. 使用场景

要求生成唯一序列号的环境；

在整个项目中需要一个共享访问点或共享数据，例如一个Web页面上的计数器，可以不用把每次刷新都记录到数据库中，使用单例模式保持计数器的值，并确保是线程安全的；

创建一个对象需要消耗的资源过多，如要访问IO和数据库等资源；

需要定义大量的静态常量和静态方法（如工具类）的环境，可以采用单例模式（当然，也可以直接声明为static的方式）。