不会飞的章鱼

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单例设计模式

为什么要使用单例?

单例的定义

一个类只允许创建一个对象(或者叫实例),那这个类就是一个单例类,这种设计模式就叫作单例设计模式,简称单例模式。

单例的用处

从业务概念上,有些数据在系统中只应该保存一份,就比较适合设计为单例类。比如,系统的配置信息类。除此之外,我们还可以使用单例解决资源访问冲突的问题。

如何实现一个单例?

要实现一个单例,我们需要关注的点无外乎下面几个:

  • 构造函数需要是 private 访问权限的,这样才能避免外部通过 new 创建实例;
  • 考虑对象创建时的线程安全问题;
  • 考虑是否支持延迟加载;
  • 考虑 getInstance() 性能是否高(是否加锁)。

饿汉式

在类加载的期间,就已经将 instance 静态实例初始化好了,所以,instance 实例的创建是线程安全的。不过,这样的实现方式不支持延迟加载实例。

懒汉式

懒汉式相对于饿汉式的优势是支持延迟加载。这种实现方式会导致频繁加锁、释放锁,以及并发度低等问题,频繁的调用会产生性能瓶颈。

双重检测

既支持延迟加载、又支持高并发的单例实现方式。只要 instance 被创建之后,再调用 getInstance() 函数都不会进入到加锁逻辑中。所以,这种实现方式解决了懒汉式并发度低的问题。

静态内部类

利用 Java 的静态内部类来实现单例。这种实现方式,既支持延迟加载,也支持高并发,实现起来也比双重检测简单。

枚举

最简单的实现方式,基于枚举类型的单例实现。这种实现方式通过 Java 枚举类型本身的特性,保证了实例创建的线程安全性和实例的唯一性。

单例存在哪些问题?

单例对 OOP 特性的支持不友好

单例会隐藏类之间的依赖关系

单例对代码的扩展性不友好

单例对代码的可测试性不友好

单例不支持有参数的构造函数

有何替代解决方案?

静态方法

将单例生成的对象,作为参数传递给函数(也可以通过构造函数传递给类的成员变量)

如何理解单例模式中的唯一性?

单例类在老进程中存在且只能存在一个对象,在新进程中也会存在且只能存在一个对象。而且,这两个对象并不是同一个对象,这也就说,单例类中对象的唯一性的作用范围是进程内的,在进程间是不唯一的。

如何实现线程唯一的单例?

通过一个 HashMap 来存储对象,其中 key 是线程 ID,value 是对象

如何实现集群环境下的单例?

  • “进程唯一”指的是进程内唯一、进程间不唯一。

如何实现一个多例模式?

“单例”指的是,一个类只能创建一个对象。对应地,“多例”指的就是,一个类可以创建多个对象,但是个数是有限制的,比如只能创建 3 个对象。

通过一个Map 来存储对象类型和对象之间的对应关系,来控制对象的个数。

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