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单例模式初学者指南

Linda Hamilton

Oct 29, 2024 am 06:28 AM

单例模式是需要掌握的最基本概念之一。它被归类为一种创建设计模式和它用于控制对象的创建，确保在应用程序的整个生命周期中仅存在特定类的一个实例。

简单地说，它确保一个类只负责管理自身的一个版本，并提供对该单个实例的全局访问。

那么何时/为什么使用单例模式，这是最常见的问题之一？

在深入探讨何时/为何使用单例模式之前，了解问题陈述很重要。每个设计模式都是为了应对开发人员面临的特定挑战而创建的。

问题陈述：数据库连接
我们希望在整个应用程序中管理与数据库的单个连接。创建多个连接可能会导致冲突和资源耗尽。

// first instance
DataConnection dataConnection1 = new DataConnection();

//Second instance
DataConnection dataConnection2 = new DataConnection();

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在这种情况下，创建两个 DataConnection 实例可能会导致资源问题。每个实例都可以独立执行操作，如果它们尝试同时访问相同的数据库资源，则会导致冲突和不可预测的行为。
为了解决这个问题，我们需要单例模式。

我们什么时候应该使用单例模式？

单例模式确实很流行，尤其是在软件设计中，因为它是一个强大的工具，但很容易被滥用。让我们了解何时适合使用单例模式：

何时使用单例模式

当全局只需要一个类的实例时

如果我们需要一个在整个应用程序中只有一个实例的类，那么单例模式是最好的选择？。这可确保应用程序的所有部分都使用同一个实例，保持一致性并防止可能浪费内存的重复实例。
当我们需要集中管理共享资源时

当存在共享资源时，单例是有益的，例如配置设置、缓存或日志记录工具，这些是多个部分所需要的该应用程序。集中访问和管理简化了资源处理，特别是对于需要全局访问和修改的类。
当我们想要控制对资源的访问时

单例允许通过将单个资源封装在类中来控制对单个资源的访问。当一次仅使用一个连接或资源时，这使得它们很有用，例如管理文件编写器以确保同步访问或共享网络连接。
在多线程或并行应用程序中

在具有多个线程的应用程序中，单例可以确保关键部分或共享资源一次不会被多个线程访问。正确实现的 Singleton 可以提供线程安全访问，减少竞争条件的可能性，并确保仅同时访问共享资源的一个实例。

现在，我们了解了问题以及何时使用，让我们看看如何解决这个问题。

单例模式的UML图

UML 图通常包括以下组件：

Singleton 类：这是限制实例化的类。它通常有一个私有静态实例变量来保存单个实例。
构造函数：构造函数是私有的，以防止从类外部直接实例化。
公共静态方法：此方法提供对实例的访问。如果实例不存在，则创建一个；否则，它返回现有实例。

这是单例模式的 UML 图的简单表示：

Beginner’s Guide to the Singleton Pattern

注意：

-：私有访问修饰符（表示实例变量和构造函数在类外部不可访问）。
：公共访问修饰符（表示可以公开访问 getConnection() 方法）。

Java实现

这是用 Java 实现的单例模式的示例：

// first instance
DataConnection dataConnection1 = new DataConnection();

//Second instance
DataConnection dataConnection2 = new DataConnection();

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现在，如果我们想要获取数据库连接的实例，我们可以这样调用它的静态方法：DataConnection dataConnection = DataConnection.getConnection();。

public class DataConnection {
      private static DataConnection instance = null;

      /*
       * This private keyword in constructor 
       * is to prevent direct instantiation from
       * outside the class.
       */
      private DataConnetion() { }

      /*
       * static method so that we can call 
       * this method outside the class without
       * instantiation object
       */
      public static DataConnection getConnection() {
            if (instance == null) {
                  instance = new DataConnection();
            }
            return instance;
      }

      public void showMessage() {
            System.out.println("Database is connected");
      }
}

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