
设计模式之创建型-单例模式.md
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简介:
本文详细介绍了软件设计模式中的创建型模式之一——单例模式。通过讲解其原理、应用场景以及实现方式,帮助读者掌握如何正确地在项目中运用该模式以确保一个类仅有一个实例,并提供全局访问点。
单例模式是软件设计模式的一种创建型模式,其目的是确保一个类在任何时候都只有一个实例,并提供全局访问点供外部程序使用。
## 单例模式的定义
单例模式是一种常用的设计方式,通过这种方式可以保证系统中的某个类仅有一个实例存在,并且自行初始化并向整个应用提供这个唯一的对象。这种设计方法在计算机系统中被广泛应用,例如用于线程池、缓存机制、日志管理器以及打印机等设备的对象创建。
## 单例模式的应用场景
当程序需要共享特定的单个对象时可以采用这种方式,比如管理系统配置信息、数据库连接或日志记录等功能。这些情况下如果生成多个实例可能导致系统行为异常或者资源浪费。
## 单例模式的不同实现方式
### 饿汉式初始化
这是最简单的单例创建方法,在类加载的同时完成初始化工作。然而在多线程环境中,这种设计可能不安全,但如果不需要延迟加载且初始化过程较快,则可以使用这种方法来简化代码结构。
### 懒惰式(懒汉)单例模式
该模式下对象的实例化仅发生在第一次请求时,并非一开始就创建好所有需要的对象。但在并发环境下如果没有适当的同步机制可能会导致多个实例被生成,因此通常需要额外措施确保线程安全问题得以解决。
### 双重检查锁定技术
这是懒惰式初始化的一种改进版本,在首次访问类的时候才进行真正的对象构造工作;同时为了避免重复的创建过程,它使用了双重检查模式来保证只会发生一次实际的对象实例化操作。这种方式既节省资源又确保线程安全。
### 使用静态内部类实现单例
这种方案通过利用Java语言中的类加载机制,在需要时才会去初始化单例对象,并且只会在第一次访问该类的时候进行,因此能够做到延迟加载同时避免了多线程环境下的并发问题。这种方式不仅实现了懒惰初始化的特性还保证了解决方案的安全性。
### 枚举类型实现
Java枚举类型的定义天然满足单例模式的要求:它们是线程安全且仅会被实例化一次。利用这一特点,可以非常简便地创建出可靠的单例对象而无需担心传统方法中的各种复杂问题和潜在风险。
## 面临的问题与挑战
### 反序列化威胁
如果一个类实现了`Serializable`接口并允许反序列化操作,则可能破坏单一实例的特性。为了解决这个问题,可以在该类中重写`readResolve()`方法来返回已经存在的唯一实例而不是创建新的对象。
### 反射机制滥用
Java反射API提供了获取私有构造函数的能力,这可能导致违反单例规则的情况发生——即使构造函数被声明为private也不例外。为了防止这种情况的发生,在设计时需要加入额外的逻辑以阻止通过反射手段生成多个相同的实例。
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