单例模式——java设计模式

2022-07-11 15:52:40

单例模式

目录：

一、何为单例

二、使用Java EE实现单例模式

三、使用场景

一、何为单例

确保一个类只有一个实例，并且提供了实例的一个全局访问点

**1.1 单例模式类图 **

              单例模式——java设计模式

1.2 单例模式实现

（1）简单实现

public class MySingleton1 {

	private static MySingleton1 instance;

	private MySingleton1() {

	}

	public static MySingleton1 getInstance() {

		if (instance == null) { // 1

			instance = new MySingleton1();

		}

		return instance;

	}

}

（2）线程安全的单例模式

要解决竞态条件问题，你就需要获得一把锁，并且在实例返回后才释放。

public class MySingleton2 {

	private static MySingleton2 instance;

	private MySingleton2() {

	}

	public static synchronized MySingleton2 getInstance() {

		if (instance == null) {

			instance = new MySingleton2();

		}

		return instance;

	}

}

（3）类加载时创建单例对象

这样不必同步单例实例的创建，并在JVM加载完所有类时就创建好单例对象

public class MySingleton3 {

	private final static MySingleton3 instance = new MySingleton3();

	private MySingleton3() {

	}

	public static MySingleton3 getInstance() {

		return instance;

	}

}

（4）静态块中的单例

这会导致延迟初始化，因为静态块是在构造方法调用前执行的。

public class MySingleton4 {

	private static MySingleton4 instance = null;

	static {

		instance = new MySingleton4();

	}

	private MySingleton4() {

	}

	public static MySingleton4 getInstance() {

		return instance;

	}

}

(5)双重检测锁

双重检测锁比其他方法更加安全，因为它会在锁定单例类之前检查一次单例的创建，在对象创造前再一次检查

public class MySingleton6 {

	private volatile MySingleton6 instance;

	private MySingleton6() {

	}

	public MySingleton6 getInstance() {

		if (instance == null) { // 1

			synchronized (MySingleton6.class) {

				if (instance == null) { // 2

					instance = new MySingleton6();

				}

			}

		}

		return instance;

	}

}

（6）枚举类型的单例模式

      上面的方法都不是绝对安全的，如果开发者讲Java Reflection API的访问修饰符改为public，就可以创建单例了。Java中创建单例最佳方式是枚举类型。

      枚举类型本质上就是单例的，因此JVM会处理创建单例所需的大部分工作。这样，通过使用枚举类型，就无需再处理同步对象创建与提供等工作了，还能避免与初始化相关的问题。

public enum MySingletonEnum {

	INSTANCE;

	public void doSomethingInteresting() {

	}

}

在该示例中，对单例对象示例的引用是通过以下方式获得的：

MySingletonEnum mse=MySingletonEnum.INSTANCE;

一旦拥有了单例的引用，你就可以向下面这样调用它的任何方法了：

mse.doSomeThingInteresting();

二、使用Java EE实现单例模式

Java EE中可以使用上面的方法，但是还有一种更加优雅且易于使用的方式：单例Bean

1.单例Bean

只需将注解@Singleton添加到类上就可以将其转换为单例Bean

import java.util.HashMap;

import java.util.Map;

import javax.annotation.PostConstruct;

import javax.ejb.Singleton;

import java.util.logging.Logger;

@Singleton

public class CacheSingletonBean8 {

	private Map<Integer, String> myCache;

	@PostConstruct

	public void start() {

		Logger.getLogger("MyGlobalLogger").info("Started!");

		myCache = new HashMap<Integer, String>();

	}

	public void addUser(Integer id, String name) {

		myCache.put(id, name);

	}

	public String getName(Integer id) {

		return myCache.get(id);

	}

}

      通过注解的简单使用，Java EE不必配置XML文件。项目中有一个beans.xml文件，不过大多数时候其内容都是空的。你只是在启动上下文与依赖注入（CDI）容器时才需要使用它。@Singleton注解将类标记为一个单例EJB，容器会处理该单例实例的创建与使用。

2.在启动时使用单例

默认情况下，Java EE的单例是延迟初始化的，只在需要实例时并且是首次访问时才创建它。不过，你可能希望在启动时就创建实例，不需要任何延迟即可访问到单例，特别是创建实例的代价很大或是在容器启动时就需要Bean。要确保创建时就启动，可在类上使用@Startup注解。

import java.util.HashMap;

import java.util.Map;

import javax.annotation.PostConstruct;

import javax.ejb.Singleton;

import javax.ejb.Startup;

import java.util.logging.Logger;

@Startup

@Singleton

public class CacheSingletonBean9 {

	private Map<Integer, String> myCache;

	@PostConstruct

	public void start() {

		Logger.getLogger("MyGlobalLogger").info("Started!");

		myCache = new HashMap<Integer, String>();

	}

	public void addUser(Integer id, String name) {

		myCache.put(id, name);

	}

	public String getName(Integer id) {

		return myCache.get(id);

	}

}

3.确定启动顺序

但是，如果单例依赖于其他资源怎么办？比如：如果连接池是由另一个单例创建的会怎么样，或者日志依赖于另一个单例呢？Java EE提供了一个简单的注解来解决这个问题。使用@DependsOn注解，并将该类所以来的Bean的名字传递给它。

import java.util.HashMap;

import java.util.Map;

import javax.annotation.PostConstruct;

import javax.ejb.ConcurrencyManagement;

import javax.ejb.ConcurrencyManagementType;

import javax.ejb.DependsOn;

import javax.ejb.EJB;

import javax.ejb.Lock;

import javax.ejb.LockType;

import javax.ejb.Singleton;

import javax.ejb.Startup;

@Startup

@DependsOn("MyLoggingBean")  //加上此注解

@ConcurrencyManagement(ConcurrencyManagementType.CONTAINER)

@Singleton

public class CacheSingletonBean12 {

	private Map<Integer, String> myCache;

	@EJB

	MyLoggingBean loggingBean;

	@PostConstruct

	public void start() {

		loggingBean.logInfo("Started!");

		myCache = new HashMap<Integer, String>();

	}

	@Lock(LockType.WRITE)

	public void addUser(Integer id, String name) {

		myCache.put(id, name);

	}

	@Lock(LockType.READ)

	public String getName(Integer id) {

		return myCache.get(id);

	}

}

接下来再创建一个单例Bean，作为上一个Bean所用的Bean

import javax.annotation.PostConstruct;

import javax.ejb.Singleton;

import javax.ejb.Startup;

import java.util.logging.Logger;

@Startup

@Singleton

public class MyLoggingBean {

	private Logger logger;

	@PostConstruct

	public void start() {

		logger = Logger.getLogger("MyGlobalLogger");

		logger.info("Well, I started first!!!");

	}

	public void logInfo(String msg) {

		logger.info(msg);

	}

}

4.管理并发

Java Ee提供了两种并发管理：容器管理并发与Bean管理并发。在容器管理并发中，容器负责处理读写访问相关的一切事宜，而Bean管理并发则需要开发者使用同步等传统的Java方法来处理并发。

可以通过ConcurrencyManagementType.BEAN注解管理并发。

默认情况下，Java EE使用的事容器管理并发，不过可以通过ConcurrentManagementType.CONTAINER注解进行显示声明。

@Startup

@DependsOn("MyLoggingBean")

@ConcurrencyManagement(ConcurrencyManagementType.CONTAINER)

@Singleton

@AccessTimeout(value = 120000)

// default in milliseconds

public class CacheSingletonBean13 {

回到之前的示例，使用@Lock注解来控制访问

import java.util.HashMap;

import java.util.Map;

import javax.annotation.PostConstruct;

import javax.ejb.ConcurrencyManagement;

import javax.ejb.ConcurrencyManagementType;

import javax.ejb.DependsOn;

import javax.ejb.EJB;

import javax.ejb.Lock;

import javax.ejb.LockType;

import javax.ejb.Singleton;

import javax.ejb.Startup;

@Startup

@DependsOn("MyLoggingBean")

@ConcurrencyManagement(ConcurrencyManagementType.CONTAINER)

@Singleton

public class CacheSingletonBean12 {

	private Map<Integer, String> myCache;

	@EJB

	MyLoggingBean loggingBean;

	@PostConstruct

	public void start() {

		loggingBean.logInfo("Started!");

		myCache = new HashMap<Integer, String>();

	}

	@Lock(LockType.WRITE)

	public void addUser(Integer id, String name) {

		myCache.put(id, name);

	}

	@Lock(LockType.READ)

	public String getName(Integer id) {

		return myCache.get(id);

	}

}

三、单例模式的使用场景

一般来说，大量使用单例可能是一个滥用的信号，你应该在合理情况下使用单例：

  • 跨越整个应用程序域来访问共享数据，比如配置数据
  • 只加载并缓存代价高傲的资源一次，这样可以做到全局共享访问并改进性能
  • 创建应用日志实例，因为通常情况下只需要一个即可
  • 管理实现了工厂模式的类中的对象
  • 创建门面对象，因为通常情况下只需要一个即可
  • 延迟创建静态类，单例可以做到延迟实例化

对于重要的缓存解决方案来说，请考虑使用框架，比如：Ehcache、Java Caching System

参考自：《Java EE设计模式解析与应用》

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