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设计模式-创建型模式(四)单例模式Singleton

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设计模式-创建型模式(四)单例模式Singleton

聊聊单例

  • 保证一个类仅有一个实例,并提供一个访问它的全局访问点。 

        在spring中当一个bean的作用域设置为singleton, 那么Spring IOC容器中只会存在一个共享的bean实例,并且所有对bean的请求,只要id与该bean定义相匹配,则只会返回bean的同一实例。换言之,当把一个bean定义设置为singleton作用域时,Spring IOC容器只会创建该bean定义的唯一实例。这个单一实例会被存储到单例缓存(singleton cache)中,并且所有针对该bean的后续请求和引用都将返回被缓存的对象实例,这里要注意的是singleton作用域和GOF设计模式中的单例是完全不同的,单例设计模式表示一个ClassLoader中只有一个class存在,而这里的singleton则表示一个容器对应一个bean,也就是说当一个bean被标识为singleton时候,spring的IOC容器中只会存在一个该bean。

单例模式(Singleton)的目的是为了保证在一个进程中,某个类有且仅有一个实例。

因为这个类只有一个实例,因此,自然不能让调用方使用new Xyz()来创建实例了。所以,单例的构造方法必须是private,这样就防止了调用方自己创建实例,但是在类的内部,是可以用一个静态字段来引用唯一创建的实例的:

public class Singleton {
    // 静态字段引用唯一实例:
    private static final Singleton INSTANCE = new Singleton();

    // private构造方法保证外部无法实例化:
    private Singleton() {
    }
}

那么问题来了,外部调用方如何获得这个唯一实例?

答案是提供一个静态方法,直接返回实例:

public class Singleton {
    // 静态字段引用唯一实例:
    private static final Singleton INSTANCE = new Singleton();

    // 通过静态方法返回实例:
    public static Singleton getInstance() {
        return INSTANCE;
    }

    // private构造方法保证外部无法实例化:
    private Singleton() {
    }
}

或者直接把static变量暴露给外部:

public class Singleton {
    // 静态字段引用唯一实例:
    public static final Singleton INSTANCE = new Singleton();

    // private构造方法保证外部无法实例化:
    private Singleton() {
    }
}

所以,单例模式的实现方式很简单:

  1. 只有private构造方法,确保外部无法实例化;
  2. 通过private static变量持有唯一实例,保证全局唯一性;
  3. 通过public static方法返回此唯一实例,使外部调用方能获取到实例。

Java标准库有一些类就是单例,例如Runtime这个类:

Runtime runtime = Runtime.getRuntime();

有些童鞋可能听说过延迟加载,即在调用方第一次调用getInstance()时才初始化全局唯一实例,类似这样:

public class Singleton {
    private static Singleton INSTANCE = null;

    public static Singleton getInstance() {
        if (INSTANCE == null) {
            INSTANCE = new Singleton();
        }
        return INSTANCE;
    }

    private Singleton() {
    }
}

遗憾的是,这种写法在多线程中是错误的,在竞争条件下会创建出多个实例。必须对整个方法进行加锁:

public synchronized static Singleton getInstance() {
    if (INSTANCE == null) {
        INSTANCE = new Singleton();
    }
    return INSTANCE;
}

但加锁会严重影响并发性能。还有些童鞋听说过双重检查,类似这样:

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

然而,由于Java的内存模型,双重检查在这里不成立。要真正实现延迟加载,只能通过Java的ClassLoader机制完成。如果没有特殊的需求,使用Singleton模式的时候,最好不要延迟加载,这样会使代码更简单。

另一种实现Singleton的方式是利用Java的enum,因为Java保证枚举类的每个枚举都是单例,所以我们只需要编写一个只有一个枚举的类即可:

public enum World {
    // 唯一枚举:
	INSTANCE;

	private String name = "world";

	public String getName() {
		return this.name;
	}

	public void setName(String name) {
		this.name = name;
	}
}

枚举类也完全可以像其他类那样定义自己的字段、方法,这样上面这个World类在调用方看来就可以这么用:

String name = World.INSTANCE.getName();

使用枚举实现Singleton还避免了第一种方式实现Singleton的一个潜在问题:即序列化和反序列化会绕过普通类的private构造方法从而创建出多个实例,而枚举类就没有这个问题。

那我们什么时候应该用Singleton呢?实际上,很多程序,尤其是Web程序,大部分服务类都应该被视作Singleton,如果全部按Singleton的写法写,会非常麻烦,所以,通常是通过约定让框架(例如Spring)来实例化这些类,保证只有一个实例,调用方自觉通过框架获取实例而不是new操作符:

@Component // 表示一个单例组件
public class MyService {
    ...
}

因此,除非确有必要,否则Singleton模式一般以“约定”为主,不会刻意实现它。


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悠扬
关于作者:
10年以上工作经验,从事2年微服务架构搭建工作,有大数据处理相关工作经验,使用spring全家桶包括:Spring,SpringBoot,SpringCloud 数据层组件服务使用SpringDataJpa,Mybatis以及其他第三方组件Sharding-JDBC,Sharding-Proxy分库分表。熟悉微服务,服务降级,限流,分流,做过项目源码修改,有cat,apollo,nacos使用经验,有Lostash,Elasticsearch,kibana,mysqlMHA生产实践经验,使用开源代码Apache Sarding项目,修改源码支持mysql分库分表使用年月日小时分库分表,docker做集群服务,Jekins做项目发布,GitLab做项目管理,使用docker容器部署,熟悉消息队列RabbitMQ,Kafka,ActiveMQ。RuoYi-Vue-Atomikos项目开源加入生态圈组件,项目支持分布式事务,界面添加多数据源,数据源动态配置,切面切换,多数据源事务支持,支持区域数据源配置,用于区域数据切分,数据层次分库。项目地址:https://gitee.com/zsiyang/ruoyi-vue-atomikos
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