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菜鸟教程网站,家用电脑如何做网站服务器,seo专业论坛,网站空间 windows linux文章目录 单例模式介绍应用实例#xff1a;优点使用场景 架构图JAVA 实现单例模式的几种实现方式 rust实现 rust代码仓库 单例模式 单例模式#xff08;Singleton Pattern#xff09;是最简单的设计模式之一。这种类型的设计模式属于创建型模式#xff0c;它提供了一种创建… 文章目录 单例模式介绍应用实例优点使用场景 架构图JAVA 实现单例模式的几种实现方式 rust实现 rust代码仓库 单例模式 单例模式Singleton Pattern是最简单的设计模式之一。这种类型的设计模式属于创建型模式它提供了一种创建对象的最佳方式。 这种模式涉及到一个单一的类该类负责创建自己的对象同时确保只有单个对象被创建。这个类提供了一种访问其唯一的对象的方式可以直接访问不需要实例化该类的对象。 单例模式是一种创建型设计模式它确保一个类只有一个实例并提供了一个全局访问点来访问该实例。 注意 单例类只能有一个实例。单例类必须自己创建自己的唯一实例。单例类必须给所有其他对象提供这一实例。 介绍 意图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。 主要解决一个全局使用的类频繁地创建与销毁。 何时使用当您想控制实例数目节省系统资源的时候。 如何解决判断系统是否已经有这个单例如果有则返回如果没有则创建。 关键代码构造函数是私有的。 应用实例 一个班级只有一个班主任。Windows 是多进程多线程的在操作一个文件的时候就不可避免地出现多个进程或线程同时操作一个文件的现象所以所有文件的处理必须通过唯一的实例来进行。一些设备管理器常常设计为单例模式比如一个电脑有两台打印机在输出的时候就要处理不能两台打印机打印同一个文件。 优点 在内存里只有一个实例减少了内存的开销尤其是频繁的创建和销毁实例比如管理学院首页页面缓存。避免对资源的多重占用比如写文件操作。 缺点没有接口不能继承与单一职责原则冲突一个类应该只关心内部逻辑而不关心外面怎么样来实例化。 使用场景 要求生产唯一序列号。WEB 中的计数器不用每次刷新都在数据库里加一次用单例先缓存起来。创建的一个对象需要消耗的资源过多比如 I/O 与数据库的连接等。 架构图 我们将创建一个 SingleObject 类。SingleObject 类有它的私有构造函数和本身的一个静态实例。 SingleObject 类提供了一个静态方法供外界获取它的静态实例。SingletonPatternDemo 类使用 SingleObject 类来获取 SingleObject 对象。 单例模式的 UML 图
步骤 1 JAVA 实现 创建一个 Singleton 类。 SingleObject.java public class SingleObject {//创建 SingleObject 的一个对象private static SingleObject instance new SingleObject();//让构造函数为 private这样该类就不会被实例化private SingleObject(){}//获取唯一可用的对象public static SingleObject getInstance(){return instance;}public void showMessage(){System.out.println(Hello World!);} }步骤 2 从 singleton 类获取唯一的对象。 SingletonPatternDemo.java public class SingletonPatternDemo {public static void main(String[] args) {//不合法的构造函数//编译时错误构造函数 SingleObject() 是不可见的//SingleObject object new SingleObject();//获取唯一可用的对象SingleObject object SingleObject.getInstance();//显示消息object.showMessage();} }步骤 3 执行程序输出结果 Hello World! 单例模式的几种实现方式 单例模式的实现有多种方式如下所示 1、懒汉式线程不安全 是否 Lazy 初始化是是否多线程安全否实现难度易描述这种方式是最基本的实现方式这种实现最大的问题就是不支持多线程。因为没有加锁 synchronized所以严格意义上它并不算单例模式。 这种方式 lazy loading 很明显不要求线程安全在多线程不能正常工作。 实例 public class Singleton { private static Singleton instance; private Singleton (){} public static Singleton getInstance() { if (instance null) { instance new Singleton(); } return instance; }
}接下来介绍的几种实现方式都支持多线程但是在性能上有所差异。 2、懒汉式线程安全 是否 Lazy 初始化是是否多线程安全是实现难度易描述这种方式具备很好的 lazy loading能够在多线程中很好的工作但是效率很低99% 情况下不需要同步。优点第一次调用才初始化避免内存浪费。缺点必须加锁 synchronized 才能保证单例但加锁会影响效率。 实例 public class Singleton { private static Singleton instance; private Singleton (){} public static synchronized Singleton getInstance() { if (instance null) { instance new Singleton(); } return instance; }
}3、饿汉式 是否 Lazy 初始化否是否多线程安全是实现难度易描述这种方式比较常用但容易产生垃圾对象。优点没有加锁执行效率会提高。缺点类加载时就初始化浪费内存。 它基于 classloader 机制避免了多线程的同步问题不过instance 在类装载时就实例化虽然导致类装载的原因有很多种在单例模式中大多数都是调用 getInstance 方法 但是也不能确定有其他的方式或者其他的静态方法导致类装载这时候初始化 instance 显然没有达到 lazy loading 的效果。 实例 public class Singleton { private static Singleton instance new Singleton(); private Singleton (){} public static Singleton getInstance() { return instance; }
}4、双检锁/双重校验锁DCL即 double-checked locking 是否 Lazy 初始化是是否多线程安全是实现难度较复杂描述这种方式采用双锁机制安全且在多线程情况下能保持高性能。 实例 public class Singleton { private volatile static Singleton singleton; private Singleton (){} public static Singleton getSingleton() { if (singleton null) { synchronized (Singleton.class) { if (singleton null) { singleton new Singleton(); } } } return singleton; }
} 5、登记式/静态内部类 是否 Lazy 初始化是是否多线程安全是实现难度一般描述这种方式能达到双检锁方式一样的功效但实现更简单。对静态域使用延迟初始化应使用这种方式而不是双检锁方式。这种方式只适用于静态域的情况双检锁方式可在实例域需要延迟初始化时使用。 这种方式同样利用了 classloader 机制来保证初始化 instance 时只有一个线程它跟第 3 种方式不同的是第 3 种方式只要 Singleton 类被装载了那么 instance 就会被实例化没有达到 lazy loading 效果而这种方式是 Singleton 类被装载了instance 不一定被初始化。因为 SingletonHolder 类没有被主动使用只有通过显式调用 getInstance 方法时才会显式装载 SingletonHolder 类从而实例化 instance。想象一下如果实例化 instance 很消耗资源所以想让它延迟加载另外一方面又不希望在 Singleton 类加载时就实例化因为不能确保 Singleton 类还可能在其他的地方被主动使用从而被加载那么这个时候实例化 instance 显然是不合适的。这个时候这种方式相比第 3 种方式就显得很合理。 实例 public class Singleton { private static class SingletonHolder { private static final Singleton INSTANCE new Singleton(); } private Singleton (){} public static final Singleton getInstance() { return SingletonHolder.INSTANCE; }
}6、枚举 是否 Lazy 初始化否是否多线程安全是实现难度易描述这种实现方式还没有被广泛采用但这是实现单例模式的最佳方法。它更简洁自动支持序列化机制绝对防止多次实例化。 这种方式是 Effective Java 作者 Josh Bloch 提倡的方式它不仅能避免多线程同步问题而且还自动支持序列化机制防止反序列化重新创建新的对象绝对防止多次实例化。不过由于 JDK1.5 之后才加入 enum 特性用这种方式写不免让人感觉生疏在实际工作中也很少用。 实例 public enum Singleton { INSTANCE; public void whateverMethod() { }
}rust实现 在用rust进行懒加载时最方便的还是用第三方库本人运用的是lazy_static库在用这社区库时需要引入在Cargo.toml文件下的[dependencies]项目下引lazy_static “1.4.0”。如图
use std::sync::{Arc, Mutex}; use lazy_static::lazy_static;struct Singleton;impl Singleton {//关联方法 获取单例实例的方法fn get_instance() - ArcMutexSingleton {// 使用懒加载创建单例实例// 这里使用了 Arc 和 Mutex 来实现线程安全的单例// 只有第一次调用 get_instance 时会创建实例之后都会返回已创建的实例static mut INSTANCE: OptionArcMutexSingleton None;//静态初始化只运行一次unsafe {// get_or_insert_with ,如果是 None 则将从data计算的值插入选项中然后返回对包含值的可变引用。INSTANCE.get_or_insert_with(|| {Arc::new(Mutex::new(Singleton {}))}).clone()}}fn show_message(self){println!(Hello World!);} }// 使用lazy_static的懒加载 struct SingletonL; impl SingletonL {fn show_message(self){println!(Hello World!);} } lazy_static! {static ref INSTANCE: MutexSingletonL Mutex::new(SingletonL { }); }fn main() {// 获取单例实例,自定义let instance1 Singleton::get_instance();// 修改单例数据{let instance instance1.lock().unwrap();instance.show_message();}// 获取单例实例,社区lazy_staticlet instance INSTANCE.lock().unwrap();instance.show_message(); }rust代码仓库 https://github.com/onenewcode/design.git 本教程项目在bin文件夹下的singleobject.rs文件中