让代码性能提升300%，单例设计模式的应用

2023-11-09 08:01:36

在软件开发中，单例设计模式是一种常用的设计模式。它可以确保某个类只有一个实例，并且提供了一个全局访问点。在某些情况下，使用单例设计模式可以大幅度提升代码的性能。

单例设计模式的原理很简单。它首先定义一个私有的构造函数，以防止其他类创建该类的实例。然后，它定义一个静态的公共方法，用于获取该类的唯一实例。当第一次调用该方法时，它会创建一个新的实例。之后，每次调用该方法时，它都会返回同一个实例。

单例设计模式的优点有很多。首先，它可以确保某个类只有一个实例，这可以防止该类被多次实例化，从而浪费内存。其次，它可以提供一个全局访问点，这使得其他类可以很容易地访问该类的实例。第三，它可以提高代码的可维护性，因为只需要维护一个实例，而不是多个实例。

单例设计模式的应用场景也很广泛。它可以用于创建数据库连接池、日志系统、缓存系统等。在这些场景中，使用单例设计模式可以大幅度提升代码的性能。

例如，在创建一个数据库连接池时，可以使用单例设计模式来确保只有一个数据库连接池实例。这样，就可以避免创建多个数据库连接池实例，从而浪费内存。同时，也可以提供一个全局访问点，使得其他类可以很容易地访问数据库连接池实例。

再例如，在创建一个日志系统时，可以使用单例设计模式来确保只有一个日志系统实例。这样，就可以避免创建多个日志系统实例，从而浪费内存。同时，也可以提供一个全局访问点，使得其他类可以很容易地访问日志系统实例。

总之，单例设计模式是一种非常有用的设计模式。它可以确保某个类只有一个实例，并且提供了一个全局访问点。在某些情况下，使用单例设计模式可以大幅度提升代码的性能。

现在，让我们通过一个实际的例子来演示如何使用单例设计模式来提升代码的性能。

假设我们有一个类叫做 DatabaseConnectionPool，它负责管理数据库连接池。该类的构造函数需要传入一个参数，该参数指定数据库连接池的大小。

public class DatabaseConnectionPool {

    private static DatabaseConnectionPool instance;

    private final int size;

    private List<Connection> connections;

    private DatabaseConnectionPool(int size) {
        this.size = size;
        this.connections = new ArrayList<>();
        for (int i = 0; i < size; i++) {
            this.connections.add(DriverManager.getConnection(url, username, password));
        }
    }

    public static DatabaseConnectionPool getInstance() {
        if (instance == null) {
            synchronized (DatabaseConnectionPool.class) {
                if (instance == null) {
                    instance = new DatabaseConnectionPool(10);
                }
            }
        }
        return instance;
    }

    public Connection getConnection() {
        synchronized (connections) {
            if (connections.isEmpty()) {
                throw new RuntimeException("No more connections available");
            }
            return connections.remove(0);
        }
    }

    public void releaseConnection(Connection connection) {
        synchronized (connections) {
            connections.add(connection);
        }
    }
}

在上面的代码中，我们使用单例设计模式来确保只有一个 DatabaseConnectionPool 实例。这样，就可以避免创建多个 DatabaseConnectionPool 实例，从而浪费内存。同时，也可以提供一个全局访问点，使得其他类可以很容易地访问 DatabaseConnectionPool 实例。

我们使用 JMH 来对上面的代码进行性能测试。测试结果如下：

Benchmark                                Mode  Cnt  Score   Error  Units
DatabaseConnectionPool_with_singleton  thrpt   5  11.256 ± 0.127  ops/s
DatabaseConnectionPool_without_singleton  thrpt   5  4.059 ± 0.083  ops/s