为什么要用单例模式(为什么要有单例设计模式)

我们在编程中最常用的模式就是单例模式了,然而单例模式都用在什么场合?为什么不用静态方法而要用单例模式呢?要搞清这些问题,需要从静态方法和非静态方法的区别和联系说起。

一、静态方法常驻内存,非静态方法只有使用的时候才分配内存?

一般都认为是这样,并且怕静态方法占用过多内存而建议使用非静态方法,其实这个理解是错误的。

为什么会这样,先从内存分配开始说起:

托管堆的定义:对于32位的应用程序来说,应用程序完成进程初始化后,CLR将在进程的可用地址空间分配一块保留的地址空间,它是进程(每个进程可使用4GB)中可用地址空间上的一块内存区域,但并不对应任何物理内存,这块地址空间即是托管堆。

托管堆有分为多个区域,其中最重要的是垃圾回收堆(GC Heap)和加载堆(Loader Heap),GC Heap用于存储对象实例,受GC管理;Loader Heap又分为High-Frequency Heap、Low-Frequency Heap和Stub Heap,不同的堆上又存储不同的信息。Loader Heap最重要的信息就是元数据相关的信息,也就是Type对象,每个Type在Loader Heap上体现为一个Method Table(方法表),而Method Table中则记录了存储的元数据信息,例如基类型、静态字段、实现的接口、所有的方法等等。Loader Heap不受GC控制,其生命周期为从创建到AppDomain卸载。(摘自《你必须知道的.Net》)

由此我们就明白了,静态方法和非静态方法,在内存里其实都放在Method Table里了,在一个类第一次被加载的时候,它会在Loader Heap里把静态方法,非静态方法都写入Method Table中,而且Loader Heap不受GC控制,所以一旦加载,GC就不会回收,直到AppDomain卸载

由此我们也明白了,静态方法和非静态方法,他们都是在第一次加载后就常驻内存,所以方法本身在内存里,没有什么区别,所以也就不存在”静态方法常驻内存,非静态方法只有使用的时候才分配内存“这个结论了。

二、静态方法和非静态方法的区别?

在内存中的区别是,非静态方法在创建实例对象时,因为属性的值对于每个对象都各不相同,因此在new一个实例时,会把这个实例属性在GC Heap里拷贝一份,同时这个new出来的对象放在堆栈上,堆栈指针指向了刚才拷贝的那一份实例的内存地址上。而静态方法则不需要,因为静态方法里面的静态字段,就是保存在Method Table里了,只有一份。

因此静态方法和非静态方法,在调用速度上,静态方法速度一定会快点,因为非静态方法需要实例化,分配内存,但静态方法不用,但是这种速度上差异可以忽略不计。

三、为什么要有非静态方法?

早期的结构化编程,几乎所有的方法都是“静态方法”,引入实例化方法概念是面向对象概念出现以后的事情了,区分静态方法和实例化方法不能单单从性能上去理解,创建c ,java,c#这样面向对象语言的大师引入实例化方法一定不是要解决什么性能、内存的问题,而是为了让开发更加模式化、面向对象化。这样说的话,静态方法和实例化方式的区分是为了解决模式的问题。

接下来继续思考,如果我们全部用静态方法,不用非静态方法,不是一样能实现功能吗?是的,没错,但是你的代码是基于对象,而不是面向对象的,因为面向对象的继承和多态,都是非静态方法。

第二个原因是为什么不建议都用静态方法,我们如果多线程的情况下,如果静态方法使用了一个静态字段,这个静态字段可以会被多个线程修改,因此说如果在静态方法里使用了静态变量,这就会有线程安全问题,当然了,就算不是多线程,因为静态字段只有一份,同样会有被其他地方修改的问题。

从这三点我们得出的结论如下:

一、 什么时候用静态方法,什么时候使用非静态方法?

既然静态方法和实例化方式的区分是为了解决模式的问题,如果我们考虑不需要继承和多态的时候,就可以使用静态方法,但就算不考虑继承和多态,就一概使用静态方法也不是好的编程思想。

从另一个角度考虑,如果一个方法和他所在类的实例对象无关,那么它就应该是静态的,否则就应该是非静态。因此像工具类,一般都是静态的。

二、 为什么使用单例模式而不用静态方法?

从面相对象的角度讲:

虽然都能实现目的,但是他们一个是基于对象,一个是面向对象的,就像我们不面相对象也能解决问题一样,面相对象的代码提供一个更好的编程思想。

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