单例模式的优缺点和使用场景

时间 2019-11-13

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文章转自:http://www.tools138.com/create/article/20150929/020009847.htmlhtml

单利模式的优缺点和使用场景

首先介绍一下单例模式：
    单例模式（Singleton），也叫单子模式，是一种经常使用的软件设计模式。在应用这个模式时，单例对象的类必须保证只有一个实例存在。许多时候整个系统只须要拥有一个的全局对象，这样有利于咱们协调系统总体的行为。好比在某个服务器程序中，该服务器的配置信息存放在一个文件中，这些配置数据由一个单例对象统一读取，而后服务进程中的其余对象再经过这个单例对象获取这些配置信息。这种方式简化了在复杂环境下的配置管理。

实现单例模式的思路是：
    一个类能返回对象一个引用(永远是同一个)和一个得到该实例的方法（必须是静态方法，一般使用getInstance这个名称）；当咱们调用这个方法时，若是类持有的引用不为空就返回这个引用，若是类保持的引用为空就建立该类的实例并将实例的引用赋予该类保持的引用；同时咱们还将该类的构造函数定义为私有方法，这样其余处的代码就没法经过调用该类的构造函数来实例化该类的对象，只有经过该类提供的静态方法来获得该类的惟一实例。

须要注意的地方：
    单例模式在多线程的应用场合下必须当心使用。若是当惟一实例还没有建立时，有两个线程同时调用建立方法，那么它们同时没有检测到惟一实例的存在，从而同时各自建立了一个实例，这样就有两个实例被构造出来，从而违反了单例模式中实例惟一的原则。解决这个问题的办法是为指示类是否已经实例化的变量提供一个互斥锁(虽然这样会下降效率)。

优势：
    1.在单例模式中，活动的单例只有一个实例，对单例类的全部实例化获得的都是相同的一个实例。这样就防止其它对象对本身的实例化，确保全部的对象都访问一个实例
    2.单例模式具备必定的伸缩性，类本身来控制实例化进程，类就在改变实例化进程上有相应的伸缩性。
    3.提供了对惟一实例的受控访问。
    4.因为在系统内存中只存在一个对象，所以能够节约系统资源，当须要频繁建立和销毁的对象时单例模式无疑能够提升系统的性能。
    5.容许可变数目的实例。
    6.避免对共享资源的多重占用。
缺点：
    1.不适用于变化的对象，若是同一类型的对象老是要在不一样的用例场景发生变化，单例就会引发数据的错误，不能保存彼此的状态。
    2.因为单利模式中没有抽象层，所以单例类的扩展有很大的困难。
    3.单例类的职责太重，在必定程度上违背了“单一职责原则”。
    4.滥用单例将带来一些负面问题，如为了节省资源将数据库链接池对象设计为的单例类，可能会致使共享链接池对象的程序过多而出现链接池溢出；若是实例化的对象长时间不被利用，系统会认为是垃圾而被回收，这将致使对象状态的丢失。
使用注意事项：
    1.使用时不能用反射模式建立单例，不然会实例化一个新的对象
    2.使用懒单例模式时注意线程安全问题
    3.饿单例模式和懒单例模式构造方法都是私有的，于是是不能被继承的，有些单例模式能够被继承（如登记式模式）
适用场景：
    单例模式只容许建立一个对象，所以节省内存，加快对象访问速度，所以对象须要被公用的场合适合使用，如多个模块使用同一个数据源链接对象等等。如：
    1.须要频繁实例化而后销毁的对象。
    2.建立对象时耗时过多或者耗资源过多，但又常常用到的对象。
    3.有状态的工具类对象。
    4.频繁访问数据库或文件的对象。
如下都是单例模式的经典使用场景：
    1.资源共享的状况下，避免因为资源操做时致使的性能或损耗等。如上述中的日志文件，应用配置。
    2.控制资源的状况下，方便资源之间的互相通讯。如线程池等。
应用场景举例：
    1.外部资源：每台计算机有若干个打印机，但只能有一个PrinterSpooler，以免两个打印做业同时输出到打印机。内部资源：大多数软件都有一个（或多个）属性文件存放系统配置，这样的系统应该有一个对象管理这些属性文件
    2. Windows的Task Manager（任务管理器）就是很典型的单例模式（这个很熟悉吧），想一想看，是否是呢，你能打开两个windows task manager吗？不信你本身试试看哦~
    3. windows的Recycle Bin（回收站）也是典型的单例应用。在整个系统运行过程当中，回收站一直维护着仅有的一个实例。
    4. 网站的计数器，通常也是采用单例模式实现，不然难以同步。
    5. 应用程序的日志应用，通常都何用单例模式实现，这通常是因为共享的日志文件一直处于打开状态，由于只能有一个实例去操做，不然内容很差追加。
    6. Web应用的配置对象的读取，通常也应用单例模式，这个是因为配置文件是共享的资源。
    7. 数据库链接池的设计通常也是采用单例模式，由于数据库链接是一种数据库资源。数据库软件系统中使用数据库链接池，主要是节省打开或者关闭数据库链接所引发的效率损耗，这种效率上的损耗仍是很是昂贵的，由于何用单例模式来维护，就能够大大下降这种损耗。
    8. 多线程的线程池的设计通常也是采用单例模式，这是因为线程池要方便对池中的线程进行控制。
    9. 操做系统的文件系统，也是大的单例模式实现的具体例子，一个操做系统只能有一个文件系统。
    10. HttpApplication 也是单位例的典型应用。熟悉ASP.Net(IIS)的整个请求生命周期的人应该知道HttpApplication也是单例模式，全部的HttpModule都共享一个HttpApplication实例.
　　
实现单利模式的原则和过程：
    1.单例模式：确保一个类只有一个实例，自行实例化并向系统提供这个实例
    2.单例模式分类：饿单例模式（类加载时实例化一个对象给本身的引用），懒单例模式（调用取得实例的方法如getInstance时才会实例化对象）（java中饿单例模式性能优于懒单例模式，c++中通常使用懒单例模式）
    3.单例模式要素：
        a.私有构造方法
        b.私有静态引用指向本身实例
        c.以本身实例为返回值的公有静态方法

1.饿汉式：单例实例在类装载时就构建，急切初始化。（预先加载法） java

/**
* 饿汉式（推荐）
*
*/
public class Test {
        private Test() {
        }
        public static Test instance = new Test();
        public Test getInstance() {
                return instance;
        }
}

优势
    1.线程安全
    2.在类加载的同时已经建立好一个静态对象，调用时反应速度快
缺点
    资源效率不高，可能getInstance()永远不会执行到，但执行该类的其余静态方法或者加载了该类（class.forName)，那么这个实例仍然初始化

2.懒汉式：单例实例在第一次被使用时构建，延迟初始化。 c++

class Test {
        private Test() {
        }
        public static Test instance = null;
        public static Test getInstance() {
                if (instance == null) {
              //多个线程判断instance都为null时，在执行new操做时多线程会出现重复状况
                        instance = new Singleton2();
                }
                return instance;
        }
}

优势：
避免了饿汉式的那种在没有用到的状况下建立事例，资源利用率高，不执行getInstance()就不会被实例，能够执行该类的其余静态方法。
缺点：
懒汉式在单个线程中没有问题，但多个线程同事访问的时候就可能同事建立多个实例，并且这多个实例不是同一个对象，虽而后面建立的实例会覆盖先建立的实例，可是仍是会存在拿到不一样对象的状况。解决这个问题的办法就是加锁synchonized，第一次加载时不够快，多线程使用没必要要的同步开销大。

3.双重检测数据库

class Test {
        private Test() {
        }
        public static Test instance = null;

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

优势
资源利用率高，不执行getInstance()就不被实例，能够执行该类其余静态方法
缺点
第一次加载时反应不快，因为java内存模型一些缘由偶尔失败

4.静态内部类编程

class Test {
        private Test() {
        }

        private static class SingletonHelp {
                static Test instance = new Test();
        }

        public static Test getInstance() {
                return SingletonHelp.instance;
        }
}

优势
    资源利用率高，不执行getInstance()不被实例，能够执行该类其余静态方法
缺点
    第一次加载时反应不够快

总结：
    通常采用饿汉式，若对资源十分在乎能够采用静态内部类，不建议采用懒汉式及双重检测

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