定義：確保一個類只有一個實例，而且自行實例化并向整個系統提供這個實例。類型：創建類模式
類圖：
類圖知識點：
1.類圖分為三部分，依次是類名、屬性、方法
2.以<<開頭和以>>結尾的為注釋信息
3.修飾符+代表public，-代表private，#代表protected，什么都沒有代表包可見。
4.帶下劃線的屬性或方法代表是靜態的。
5.對類圖中對象的關系不熟悉的朋友可以參考文章：設計模式中類的關系。
單例模式應該是23種設計模式中最簡單的一種模式了。它有以下幾個要素：
- 私有的構造方法
- 指向自己實例的私有靜態引用
- 以自己實例為返回值的靜態的公有的方法
單例模式根據實例化對象時機的不同分為兩種：一種是餓漢式單例，一種是懶漢式單例。餓漢式單例在單例類被加載時候，就實例化一個對象交給自己的引用；而懶漢式在調用取得實例方法的時候才會實例化對象。代碼如下：
餓漢式單例
- public class Singleton {
- private static Singleton singleton = new Singleton();
- private Singleton(){}
- public static Singleton getInstance(){
- return singleton;
- }
- }
懶漢式單例
- public class Singleton {
- private static Singleton singleton;
- private Singleton(){}
-
- public static synchronized Singleton getInstance(){
- if(singleton==null){
- singleton = new Singleton();
- }
- return singleton;
- }
- }
單例模式的優點：
- 在內存中只有一個對象，節省內存空間。
- 避免頻繁的創建銷毀對象，可以提高性能。
- 避免對共享資源的多重占用。
- 可以全局訪問。
適用場景：由于單例模式的以上優點，所以是編程中用的比較多的一種設計模式。我總結了一下我所知道的適合使用單例模式的場景：
- 需要頻繁實例化然后銷毀的對象。
- 創建對象時耗時過多或者耗資源過多，但又經常用到的對象。
- 有狀態的工具類對象。
- 頻繁訪問數據庫或文件的對象。
- 以及其他我沒用過的所有要求只有一個對象的場景。
單例模式注意事項：
- 只能使用單例類提供的方法得到單例對象，不要使用反射，否則將會實例化一個新對象。
- 不要做斷開單例類對象與類中靜態引用的危險操作。
- 多線程使用單例使用共享資源時，注意線程安全問題。
關于java中單例模式的一些爭議：
單例模式的對象長時間不用會被jvm垃圾收集器收集嗎
看到不少資料中說：如果一個單例對象在內存中長久不用，會被jvm認為是一個垃圾，在執行垃圾收集的時候會被清理掉。對此這個說法，筆者持懷疑態度，筆者本人的觀點是：在hotspot虛擬機1.6版本中，除非人為地斷開單例中靜態引用到單例對象的聯接，否則jvm垃圾收集器是不會回收單例對象的。
對于這個爭議，筆者單獨寫了一篇文章進行討論，如果您有不同的觀點或者有過這方面的經歷請進入文章單例模式討論篇：單例模式與垃圾收集參與討論。
在一個jvm中會出現多個單例嗎
在分布式系統、多個類加載器、以及序列化的的情況下，會產生多個單例，這一點是無庸置疑的。那么在同一個jvm中，會不會產生單例呢？使用單例提供的getInstance()方法只能得到同一個單例，除非是使用反射方式，將會得到新的單例。代碼如下
- Class c = Class.forName(Singleton.class.getName());
- Constructor ct = c.getDeclaredConstructor();
- ct.setAccessible(true);
- Singleton singleton = (Singleton)ct.newInstance();
這樣，每次運行都會產生新的單例對象。所以運用單例模式時，一定注意不要使用反射產生新的單例對象。
懶漢式單例線程安全嗎
主要是網上的一些說法，懶漢式的單例模式是線程不安全的，即使是在實例化對象的方法上加synchronized關鍵字，也依然是危險的，但是筆者經過編碼測試，發現加synchronized關鍵字修飾后，雖然對性能有部分影響，但是卻是線程安全的，并不會產生實例化多個對象的情況。
單例模式只有餓漢式和懶漢式兩種嗎
餓漢式單例和懶漢式單例只是兩種比較主流和常用的單例模式方法，從理論上講，任何可以實現一個類只有一個實例的設計模式，都可以稱為單例模式。
單例類可以被繼承嗎
餓漢式單例和懶漢式單例由于構造方法是private的，所以他們都是不可繼承的，但是其他很多單例模式是可以繼承的，例如登記式單例。
餓漢式單例好還是懶漢式單例好
在java中，餓漢式單例要優于懶漢式單例。C++中則一般使用懶漢式單例。
單例模式比較簡單，在此就不舉例代碼演示了。
單例模式與垃圾回收
Jvm的垃圾回收機制到底會不會回收掉長時間不用的單例模式對象，這的確是一個比較有爭議性的問題。將這一部分內容單獨成篇的目的也是為了與廣大博友廣泛的討論一下這個問題。為了能讓更多的人看到這篇文章，請各位博友看完文章之后，點一下“頂”，讓本篇文章排名盡量的靠前。筆者在此謝過。
討論命題：當一個單例的對象長久不用時，會不會被jvm的垃圾收集機制回收。
首先說一下為什么會產生這一疑問，筆者本人再此之前從來沒有考慮過垃圾回收對單例模式的影響，直到去年讀了一本書，《設計模式之禪》秦小波著。在書中提到在j2ee應用中，jvm垃圾回收機制會把長久不用的單例類對象當作垃圾，并在cpu空閑的時候對其進行回收。之前讀過的幾本設計模式的書，包括《java與模式》，書中都沒有提到jvm垃圾回收機制對單例的影響。并且在工作過程中，也沒有過單例對象被回收的經歷，加上工作中很多前輩曾經告誡過筆者：盡量不要聲明太多的靜態屬性，因為這些靜態屬性被加載后不會被釋放。因此對jvm垃圾收集會回收單例對象這一說法持懷疑態度。漸漸地，發現在同事中和網上的技術人員中，對這一問題也基本上是鮮明的對立兩派。那么到底jvm會不會回收長久不用的單例對象呢。
對這一問題，筆者本人的觀點是：不會回收。
下面給出本人的測試代碼
- class Singleton {
- private byte[] a = new byte[6*1024*1024];
- private static Singleton singleton = new Singleton();
- private Singleton(){}
-
- public static Singleton getInstance(){
- return singleton;
- }
- }
-
- class Obj {
- private byte[] a = new byte[3*1024*1024];
- }
-
- public class Client{
- public static void main(String[] args) throws Exception{
- Singleton.getInstance();
- while(true){
- new Obj();
- }
- }
- }
本段程序的目的是模擬j2ee容器，首先實例化單例類，這個單例類占6M內存，然后程序進入死循環，不斷的創建對象，逼迫jvm進行垃圾回收，然后觀察垃圾收集信息，如果進行垃圾收集后，內存仍然大于6M，則說明垃圾回收不會回收單例對象。
運行本程序使用的虛擬機是hotspot虛擬機，也就是我們使用的最多的java官方提供的虛擬機，俗稱jdk，版本是jdk1.6.0_12
運行時vm arguments參數為：-verbose:gc -Xms20M -Xmx20M，意思是每次jvm進行垃圾回收時顯示內存信息，jvm的內存設為固定20M。
運行結果：
……
[Full GC 18566K->6278K(20352K), 0.0101066 secs]
[GC 18567K->18566K(20352K), 0.0001978 secs]
[Full GC 18566K->6278K(20352K), 0.0088229 secs]
……
從運行結果中可以看到總有6M空間沒有被收集。因此，筆者認為，至少在hotspot虛擬機中，垃圾回收是不會回收單例對象的。
后來查閱了一些相關的資料，hotspot虛擬機的垃圾收集算法使用根搜索算法。這個算法的基本思路是：對任何“活”的對象，一定能最終追溯到其存活在堆棧或靜態存儲區之中的引用。通過一系列名為根（GC Roots）的引用作為起點，從這些根開始搜索，經過一系列的路徑，如果可以到達java堆中的對象，那么這個對象就是“活”的，是不可回收的。可以作為根的對象有：
- 虛擬機棧（棧楨中的本地變量表）中的引用的對象。
- 方法區中的類靜態屬性引用的對象。
- 方法區中的常量引用的對象。
- 本地方法棧中JNI的引用的對象。
方法區是jvm的一塊內存區域，用來存放類相關的信息。很明顯，java中單例模式創建的對象被自己類中的靜態屬性所引用，符合第二條，因此，單例對象不會被jvm垃圾收集。
雖然jvm堆中的單例對象不會被垃圾收集，但是單例類本身如果長時間不用會不會被收集呢？因為jvm對方法區也是有垃圾收集機制的。如果單例類被收集，那么堆中的對象就會失去到根的路徑，必然會被垃圾收集掉。對此，筆者查閱了hotspot虛擬機對方法區的垃圾收集方法，jvm卸載類的判定條件如下：
- 該類所有的實例都已經被回收，也就是java堆中不存在該類的任何實例。
- 加載該類的ClassLoader已經被回收。
- 該類對應的java.lang.Class對象沒有任何地方被引用，無法在任何地方通過反射訪問該類的方法。
只有三個條件都滿足，jvm才會在垃圾收集的時候卸載類。顯然，單例的類不滿足條件一，因此單例類也不會被卸載。也就是說，只要單例類中的靜態引用指向jvm堆中的單例對象，那么單例類和單例對象都不會被垃圾收集，依據根搜索算法，對象是否會被垃圾收集與未被使用時間長短無關，僅僅在于這個對象是不是“活”的。假如一個對象長久未使用而被回收，那么收集算法應該是最近最長未使用算法，最近最長未使用算法一般用在操作系統的內外存交換中，如果用在虛擬機垃圾回收中，豈不是太不安全了？以上是筆者的觀點。
因此筆者的觀點是：在hotspot虛擬機1.6版本中，除非人為地斷開單例中靜態引用到單例對象的聯接，否則jvm垃圾收集器是不會回收單例對象的。
posted on 2015-07-20 22:30
wxb1988 閱讀(218)
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