【JavaSE】Java设计模式详解（一）单例模式（饿汉式与懒汉式实现）

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本篇学习目标：

• ⭐️ 了解什么是单例模式；
• ⭐️ 掌握饿汉式单例模式的使用；
• ⭐️ 掌握懒汉式单例模式的使用；
• ⭐️ 了解饿汉式与懒汉式单例模式的区别与优缺点。

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文章目录

• 1 设计模式引入
• 2 单例模式
• • 2.1 什么是单例模式
  • 2.2 饿汉式单例模式
  • 2.3 懒汉式单例模式
• 3 饿汉式与懒汉式的区别
• 写在最后

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1 设计模式引入

🅰️ 什么是设计模式？
👩 答：我们可以把设计模式看成一局棋盘，英雄联盟云顶之弈大家玩过吧？对不同的英雄组合，我们需要不同的羁绊、不同的装备去针对性对付，才可以取得游戏胜利。而设计模式，就相当于一个固定的模板，当你遇到相同的状况时，可以直接免去思考直接使用。即，设计模式作为静态方法和属性的经典使用，是在大量实践中总结和理论之后优选的代码结构、编程风格、以及解决问题的思考方式。

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2 单例模式 2.1 什么是单例模式

✈️ 所谓类的单例设计模式，就是 采用一定的方法保证在整个软件系统中，对某一个类只能存在一个对象实例，并且该类只提供一个取得其对象实例的方法。
😎 这么说，小伙伴可能听不太明白，举个生活中的例子：我们每个人只能有一个女朋友，即只能有一个对象， 但是一般创建对象的方法无法保证我们只能 new 一个对象，比如下面的代码：

那么我们如何实现单例模式呢？目前，单例模式有两种实现方式：（1）饿汉式；（2）懒汉式

2.2 饿汉式单例模式

🍑 饿汉式单例模式实现步骤如下：

1. 先将构造器私有化；
   解释： 避免用户直接在外部 new 新对象。
2. 在类的内部 属性部分直接创建一个对象；
   解释： 我们已经将构造器私有化了，因此在外部没有办法 new 新对象，所以只能在类的内部创建对象。
3. 向外 提供一个公共的静态方法，用于外部引用该对象。
   解释： 创建好了对象后，如果对外不提供公共方法，我们就没有办法使用这个被创建的对象。

🍉 细节处理： 在类的外部，我们无法使用 new 新建对象，也就是说，我们只能通过 类名.xxx 的方式来返回创建的对象，因此，获取对象的对外公共方法需要使用 static 关键字修饰。而该方法中，需要返回类中创建的对象，静态方法只能使用静态变量，因此，对象属性也应当设置为 static。

🍌 实现代码：

public class SingleTon {
    public static void main(String[] args) {
        // 创建对象
        GirlFriend gf1 = GirlFriend.getInstance();
        GirlFriend gf2 = GirlFriend.getInstance();
        // 判断两对象是否为同一对象
        System.out.println(gf1 == gf2);  // true
    }
}

class GirlFriend{
    private String name;
    // 在属性中直接创建对象, 为了静态方法能够返回该对象,因此需要设置为static
    private static GirlFriend gf = new GirlFriend("毛毛虫");
    // 构造方法私有化
    private GirlFriend(String name){
        this.name = name;
    }
    // 对外提供获取该对象的方法
    public static GirlFriend getInstance(){
        return gf;
    }
}

🍎 实现结果：

true

你可能会问，gf1 和 gf2 不是两个对象吗？那为啥是 true？这点可以回顾以下这篇博文(文章内的对象在内存中的存在形式部分)：
❤️【JavaSE】深入理解类与对象 || 方法调用机制与方法的传参机制浅析

简单的解释一下，gf1 与 gf2 实际引用的是同一个堆空间，而这个堆空间在 new 的时候就确定了！具体见下图：(就是这么宠粉！🐕)

2.3 懒汉式单例模式

🍑 懒汉式单例模式实现步骤如下：

1. 先将构造器私有化；
   解释： 避免用户直接在外部 new 新对象。
2. 在类的内部 声明一个对象引用，但是不创建，即先不 new；
3. 向外 提供一个公共的静态方法，用于创建对象并返回对象引用。
   解释： 需要在该方法中创建对象，并返回给外部。

🍉 细节处理： 在类的外部，我们无法使用 new 新建对象，也就是说，我们只能通过 类名.xxx 的方式来返回创建的对象，因此，获取对象的对外公共方法需要使用 static 关键字修饰。而该方法中，需要返回类中创建的对象，静态方法只能使用静态变量，因此，对象属性也应当设置为 static。（这点与饿汉式一致）
与饿汉式不同的是，我们需要在提供的公共方法中创建对象，需要在方法中确保创建的是同一对象，即当对象为 null 时创建，不为 null 时，直接返回上次创建的对象。

🍌 实现代码：

public class SingleTon {
    public static void main(String[] args) {
        // 创建对象
        GirlFriend gf1 = GirlFriend.getInstance();
        GirlFriend gf2 = GirlFriend.getInstance();
        // 判断两对象是否为同一对象
        System.out.println(gf1 == gf2);  // true
    }
}

class GirlFriend{
    private String name;
    // 在属性声明对象, 但是不创建
    private static GirlFriend gf;
    // 构造方法私有化, 防止直接new
    private GirlFriend(String name){
        this.name = name;
    }
    // 对外提供获取该对象的方法,如果对象还未创建,则先创建后返回
    public static GirlFriend getInstance(){
        if(gf == null){
            gf = new GirlFriend("毛毛虫");
        }
        return gf;
    }
}

🍎 实现结果：

true

3 饿汉式与懒汉式的区别

Tips：文末有助记口令哦~~~
⭐️ Star 1： 两者最主要的区别是 在于创建对象的时机不同：饿汉式是在类加载的时候就创建了对象实例，而懒汉式是在使用时才创建（你不用我才懒得创建！）。
❤️类加载相关知识： 【JavaSE】学了这么久Java，你真的会用代码块吗？
(文章代码块使用细节中 star3 类何时被加载？)

⭐️ Star 2： 饿汉式不存在线程安全问题，而 懒汉式存在线程安全的问题。
解释： 请看如下代码块，方法 getInstance() 用于懒汉式单例模式，在使用时创建并返回对象，如果存在，则直接返回创建的对象。但是如果遇到短时间内多进程问题。比如：两个进程同时进入该方法，需要返回给 g1 ，g2 对象实例。当 g1 进入该方法后，进行判断，不为 null，因此创建一个对象，而在创建对象的过程中，g2 刚好也进入了该方法，也被判断成了不为 null，此时，g1, g2就指向不同的对象了，所以它是线程不安全的。

// 对外提供获取该对象的方法,如果对象还未创建,则先创建后返回
    public static GirlFriend getInstance(){
        if(gf == null){
            gf = new GirlFriend("毛毛虫");
        }
        return gf;
    }

⭐️ Star 3： 饿汉式存在资源浪费的可能。 比如在程序中没有使用对象实例，那么饿汉式创建的对象就浪费了。请看如下代码：

public class SingleTon {
    public static void main(String[] args) {
        System.out.println(GirlFriend.age);
    }
}

class GirlFriend{
    static int age = 20;
    private String name;
    // 在属性中直接创建对象, 为了静态方法能够返回该对象,因此需要设置为static
    private static GirlFriend gf = new GirlFriend("毛毛虫");
    // 构造方法私有化
    private GirlFriend(String name){
        System.out.println("构造方法被调用，对象被创建");
        this.name = name;
    }
    // 对外提供获取该对象的方法
    public static GirlFriend getInstance(){
        return gf;
    }
}

🍎 在上述代码中，我们使用了 GirldFriend 类的静态成员 age，但是我们并不需要创建一个对象。但是在该测试样例中，对象创建的构造方法却被调用了！ 实现结果如下：

构造方法被调用，对象被创建
20

⭐️ Star 4： 在 JavaSE 的标准类中，java.lang.Runtime就是经典的单例模式。感兴趣的小伙伴们可以去查阅相应的源码，这里就暂时不赘述啦！！

📝 助记： 懒汉不关门，所以不安全；饿汉肚子空，吃饭废粮食！

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写在最后

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共勉：“你间歇性的努力和蒙混过日子，都是对之前努力的清零。”