簡介
單例模式(Singleton Pattern)屬于創(chuàng)建型設(shè)計(jì)模式,這種模式只創(chuàng)建一個(gè)單一的類,保證一個(gè)類只有一個(gè)實(shí)例,并提供一個(gè)訪問該實(shí)例的全局節(jié)點(diǎn)。
當(dāng)您想控制實(shí)例數(shù)目,節(jié)省系統(tǒng)資源,并不想混用的時(shí)候,可以使用單例模式。單例有很多種實(shí)現(xiàn)方式,主要分為懶漢和餓漢模式,同時(shí)要通過加鎖來避免線程安全。不同語言的單例實(shí)現(xiàn)略有差異,可以通過查看不同版本的源碼來深入理解其中的差異。
?
不同語言設(shè)計(jì)模式源碼下載:https://github.com/microwind/design-pattern
作用
- 避免全局使用的類頻繁地創(chuàng)建與銷毀。
- 保證一個(gè)類僅有一個(gè)實(shí)例,并提供一個(gè)訪問它的全局訪問點(diǎn)。
實(shí)現(xiàn)步驟
- 創(chuàng)建單例類,注意線程安全
- 返回全局唯一實(shí)例
UML

?
Java代碼
單例實(shí)現(xiàn),不同語言有很大不同,跟語言特性有關(guān)。請查看其他源碼進(jìn)行比較。文章來源:http://www.zghlxwxcb.cn/news/detail-426723.html
餓漢式(線程安全)
// SingletonEager.java 當(dāng)類被加載的時(shí)候會初始化,靜態(tài)變量被創(chuàng)建并分配內(nèi)存空間
public class SingletonEager {
private String name = "SingletonEager";
// 類加載時(shí)就初始化,浪費(fèi)內(nèi)存
private static final SingletonEager instance = new SingletonEager();
// 構(gòu)造函數(shù)是private,不允許實(shí)例化
private SingletonEager() {
}
public static SingletonEager getInstance() {
return instance;
}
public void run() {
System.out.println("SingletonEager::run() " + this.name);
}
}
飽漢式
// SingletonLazy.java 懶漢式也叫飽漢式,增加synchronized來保證線程安全
public class SingletonLazy {
private static SingletonLazy instance;
private String name;
private SingletonLazy() {
}
// 類初始化時(shí),靜態(tài)變量static的instance未被創(chuàng)建并分配內(nèi)存空間
// 當(dāng)getInstance方法第一次被調(diào)用時(shí),再初始化instance變量,并分配內(nèi)存
// 相當(dāng)于延遲到調(diào)用時(shí)再實(shí)例化,加synchronized以便線程安全,不加則存在并發(fā)時(shí)多個(gè)實(shí)例的情形
public static synchronized SingletonLazy getInstance(String name) {
if (instance == null) {
instance = new SingletonLazy();
instance.name = name;
}
return instance;
}
public void run() {
System.out.println("SingletonLazy::run() " + this.name);
}
}
靜態(tài)內(nèi)部類
// SingletonInner.java 靜態(tài)內(nèi)部類方式,既實(shí)現(xiàn)延遲加載,也保障線程安全。
public class SingletonInner {
private String name;
private SingletonInner() {
}
// 靜態(tài)內(nèi)部類利用了類加載初始化機(jī)制,外部類加載時(shí),并不會加載內(nèi)部類,也不會執(zhí)行
// 虛擬機(jī)會保證方法在多線程環(huán)境下使用加鎖同步,只會執(zhí)行一次,因此線程安全
private static class Inner {
private static final SingletonInner instance = new SingletonInner();
}
// 當(dāng)執(zhí)行g(shù)etInstance()方法時(shí),虛擬機(jī)才會加載靜態(tài)內(nèi)部類
public static SingletonInner getInstance(String name) {
if (Inner.instance.name == null) {
Inner.instance.name = name;
}
return Inner.instance;
}
public void run() {
System.out.println("SingletonInner::run() " + this.name);
}
}
雙重檢驗(yàn)懶漢
// SingletonDoubleCheck.java 雙重檢驗(yàn)懶漢單例,單例模式最優(yōu)方案,線程安全并且效率高
public class SingletonDoubleCheck {
// 定義一個(gè)靜態(tài)私有變量(不初始化,不使用final關(guān)鍵字)
// 可以使用volatile保證多線程訪問時(shí)變量的可見性
// 這樣避免了初始化時(shí)其他變量屬性還沒賦值完時(shí),被另外線程調(diào)用
private static volatile SingletonDoubleCheck instance;
private String name;
private SingletonDoubleCheck() {
}
// 延遲到調(diào)用時(shí)實(shí)例化
public static SingletonDoubleCheck getInstance(String name) {
if (instance == null) {
// 在實(shí)例化時(shí)再synchronized
synchronized (SingletonDoubleCheck.class) {
if (instance == null) {
instance = new SingletonDoubleCheck();
instance.name = name;
}
}
}
return instance;
}
public void run() {
System.out.println("SingletonDoubleCheck::run() " + this.name);
}
}
測試調(diào)用
/**
* 單例模式就是一個(gè)類只創(chuàng)建一個(gè)實(shí)例,以便節(jié)省開銷和保證統(tǒng)一
* 對于多線程語言需要注意線程安全和性能之間取得一個(gè)平衡
*/
SingletonEager singletonEager1 = SingletonEager.getInstance();
SingletonEager singletonEager2 = SingletonEager.getInstance();
singletonEager1.run();
singletonEager2.run();
// 兩個(gè)實(shí)例相等
System.out.println("singletonEager1 == singletonEager2 ? " + String.valueOf(singletonEager1 == singletonEager2));
/*********************** 分割線 ******************************************/
SingletonLazy singletonLazy1 = SingletonLazy.getInstance("singletonLazy1");
SingletonLazy singletonLazy2 = SingletonLazy.getInstance("singletonLazy2");
singletonLazy1.run();
singletonLazy2.run();
/*********************** 分割線 ******************************************/
SingletonDoubleCheck singletonDoubleCheck1 = SingletonDoubleCheck.getInstance("singletonDoubleCheck1");
SingletonDoubleCheck singletonDoubleCheck2 = SingletonDoubleCheck.getInstance("singletonDoubleCheck2");
singletonDoubleCheck1.run();
singletonDoubleCheck2.run();
/*********************** 分割線 ******************************************/
SingletonInner singletonInner1 = SingletonInner.getInstance("singletonInner1");
SingletonInner singletonInner2 = SingletonInner.getInstance("singletonInner2");
singletonInner1.run();
singletonInner2.run();
Go代碼
// DoubleCheckSingleton.go
import (
"fmt"
"sync"
)
// 安全懶漢模式的升級版,通過sync的Mutex實(shí)現(xiàn)雙重檢驗(yàn)
type DoubleCheckSingleton struct {
name string
}
func (s *DoubleCheckSingleton) Run() {
fmt.Println("DoubleCheckSingleton::run()", s.name)
}
// 定義私有變量,用來保存實(shí)例
var doubleCheckSingletonInstance *DoubleCheckSingleton
var lock = &sync.Mutex{}
// 是懶漢模式安升級版,雙重檢查來來支持延遲實(shí)例化單例對象
func GetDoubleCheckSingletonInstance(name string) *DoubleCheckSingleton {
// 未實(shí)例化才進(jìn)行加鎖
if doubleCheckSingletonInstance == nil {
lock.Lock()
defer lock.Unlock()
// 為了保險(xiǎn),鎖住之后再次檢查是否已實(shí)例化
if doubleCheckSingletonInstance == nil {
doubleCheckSingletonInstance = &DoubleCheckSingleton{}
doubleCheckSingletonInstance.name = name
}
}
return doubleCheckSingletonInstance
}
JS版本
// LazySingleton.js
export class LazySingleton {
static instance
constructor(alias) {
this.alias = alias
}
// 懶漢模式,延遲實(shí)例化,請求實(shí)例時(shí)判斷,如果已經(jīng)實(shí)例化過就直接返回
// js是單線程語言,無需考慮多線程問題
static getInstance(alias) {
if (this.instance === undefined) {
this.instance = new LazySingleton(alias)
}
return this.instance
}
run() {
console.log('LazySingleton::run()', this.alias)
}
}
Python語言
# SingletonSafe.py
from threading import Lock, Thread
# 加鎖的基于元類的單例模式,基于元類type創(chuàng)建的加強(qiáng)版
class SingletonMeta(type):
# 線程安全單例模式,適用python3
_instances = {}
_lock: Lock = Lock()
def __call__(cls, *args, **kwargs):
with cls._lock:
if cls not in cls._instances:
instance = super().__call__(*args, **kwargs)
cls._instances[cls] = instance
return cls._instances[cls]
# 繼承SingletonMeta就是單例
class SingletonSafe(metaclass=SingletonMeta):
name: str = None
def __init__(self, name: str) -> None:
self.name = name
def run(self):
print('SingletonSafe::run()', self.name)
C語言
// lazy_singleton_safe.c
#include "func.h"
#include <pthread.h>
// 靜態(tài)指針,未被創(chuàng)建并分配內(nèi)存空間,指向唯一實(shí)例
static LazySingletonSafe *lazy_singleton_safe_instance = NULL;
void lazy_singleton_safe_run(LazySingletonSafe *singleton)
{
printf("\r\n LazySingletonSafe::run() [name=%s value=%d]", singleton->name, singleton->value);
}
// 內(nèi)部私有實(shí)例化函數(shù),不公開
static LazySingletonSafe *new_lazy_singleton_safe(char *name)
{
LazySingletonSafe *singleton = (LazySingletonSafe *)malloc(sizeof(LazySingletonSafe));
strcpy(singleton->name, name);
singleton->run = &lazy_singleton_safe_run;
return singleton;
}
// 聲明鎖
pthread_mutex_t singleton_lock;
// 非線程安全懶漢模式,延遲初始化。多個(gè)線程同時(shí)調(diào)用函數(shù)時(shí), 可能會被初始化多次,存在線程不安全問題
LazySingletonSafe *get_lazy_singleton_safe_instance(char *name)
{
printf("\r\n get_lazy_singleton_safe_instance() [name=%s]", name);
if (pthread_mutex_init(&singleton_lock, NULL) != 0)
{
perror("error init mutext:");
}
// 通過加鎖來防止線程并發(fā)導(dǎo)致的不安全
if (lazy_singleton_safe_instance == NULL)
{
printf("\r\n new instance [name=%s]", name);
pthread_mutex_lock(&singleton_lock);
lazy_singleton_safe_instance = new_lazy_singleton_safe(name);
pthread_mutex_unlock(&singleton_lock);
}
return lazy_singleton_safe_instance;
}
更多語言版本
不同語言實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)模式:https://github.com/microwind/design-pattern文章來源地址http://www.zghlxwxcb.cn/news/detail-426723.html
到了這里,關(guān)于【單例設(shè)計(jì)模式原理詳解】Java/JS/Go/Python/TS不同語言實(shí)現(xiàn)的文章就介紹完了。如果您還想了解更多內(nèi)容,請?jiān)谟疑辖撬阉鱐OY模板網(wǎng)以前的文章或繼續(xù)瀏覽下面的相關(guān)文章,希望大家以后多多支持TOY模板網(wǎng)!