06、设计模式笔记—–单例模式

原文出处：http://cmsblogs.com/ 『chenssy』

有时候某些对象我们只需要一个，如：线程池、缓存、对话框等等，对于这类对象我们只能有一个实例，如果我们制造出多个实例，就会导致很多问题产生。但是我们怎样才能保证一个类只有一个实例并且能够便于访问？这里我们想到了全局变量，全局变量确实是可以保证该类可以随时访问，但是它很难解决只有一个实例问题。最好的办法就是让该自身来负责保存它的唯一实例。这个类必须要保证没有其他类来创建它。这里我们可以将其构造方法私有化。即

1 Public MyClass{
2          PrivateMyClass(){}
3 }

含有私有化构造器的类就能保证它不能被其他类实例化了。但是我们如何来获取这个实例化类呢？提供一个方法用于返回该类的实例对象即可实现。

1 public class MyClass {
2     private MyClass(){
3         
4     }
5     
6     public static MyClass getInstance(){
7         return new MyClass();
8     }
9 }

一、基本定义    

通过上面简单介绍，我们可以对单例模式有一个简单的认识。所谓单例模式就是确保某一个类只有一个实例，并且提供一个全局访问点。从上面可以看出单例模式有如下几个特点：

• 一、它只有一个实例。
• 二、它必须要自行实例化。
• 三、它必须自行想整个系统提供访问点。

二、模式结构    

单例模式可以说是最简单的设计模式了，它仅有一个角色Singleton。

Singleton：单例。

三、模式实现    

 1 public class Singleton {
 2     //利用静态变量来记录Singleton的唯一实例
 3     private static Singleton uniqueInstance;
 4     
 5     /*
 6      * 构造器私有化，只有Singleton类内才可以调用构造器
 7      */
 8     private Singleton(){
 9         
10     }
11     
12     public static Singleton getInstance(){
13         if(uniqueInstance == null){
14             uniqueInstance = new Singleton();
15         }
16         
17         return uniqueInstance;
18     }
19     
20 }

 在《Head  First》有这样一个场景，就是说有两个线程都要执行这段代码，很有可能会产生两个实例对象。如下图：

 这里有三种解决方案。

第一、  使用synchronized来处理。也就是说将getInstance()方法变成同步方法即可。

 1 public class Singleton {
 2     //利用静态变量来记录Singleton的唯一实例
 3     private static Singleton uniqueInstance;
 4     
 5     /*
 6      * 构造器私有化，只有Singleton类内才可以调用构造器
 7      */
 8     private Singleton(){
 9         
10     }
11     
12     public static synchronized Singleton getInstance(){
13         if(uniqueInstance == null){
14             uniqueInstance = new Singleton();
15         }
16         
17         return uniqueInstance;
18     }
19     
20 }

第二、  直接初始化静态变量。这样就保证了线程安全。

 1 public class Singleton {
 2     /*
 3      * 利用静态变量来记录Singleton的唯一实例
 4      * 直接初始化静态变量，这样就可以确保线程安全了
 5      */
 6     private static Singleton uniqueInstance = new Singleton();
 7     
 8     /*
 9      * 构造器私有化，只有Singleton类内才可以调用构造器
10      */
11     private Singleton(){
12         
13     }
14     
15     public static Singleton getInstance(){
16         return uniqueInstance;
17     }
18     
19 }

第三、  用“双重检查加锁”，在getInstance()中减少使用同步。

 1 public class Singleton {
 2     /*
 3      * 利用静态变量来记录Singleton的唯一实例
 4      * volatile 关键字确保：当uniqueInstance变量被初始化成Singleton实例时，
 5      * 多个线程正确地处理uniqueInstance变量
 6      *
 7      */
 8     private volatile static Singleton uniqueInstance;
 9     
10     /*
11      * 构造器私有化，只有Singleton类内才可以调用构造器
12      */
13     private Singleton(){
14         
15     }
16     
17     /*
18      *
19      * 检查实例，如果不存在，就进入同步区域
20      */
21     public static Singleton getInstance(){
22         if(uniqueInstance == null){
23             synchronized(Singleton.class){    //进入同步区域
24                 if(uniqueInstance == null){     //在检查一次，如果为null，则创建
25                     uniqueInstance  = new Singleton();
26                 }
27             }
28         }
29         
30         return uniqueInstance;
31     }
32     
33 }

在这里是首先检查是否实例已经创建了，如果尚未创建，才会进行同步。这样一来。只有第一次会同步。

四、模式优缺点  

优点

• 一、节约了系统资源。由于系统中只存在一个实例对象，对与一些需要频繁创建和销毁对象的系统而言，单例模式无疑节约了系统资源和提高了系统的性能。
• 二、因为单例类封装了它的唯一实例，所以它可以严格控制客户怎样以及何时访问它。

缺点

• 一、由于单例模式中没有抽象层，因此单例类的扩展有很大的困难。
• 二、单例类的职责过重，在一定程度上违背了“单一职责原则”。

五、模式使用场景     

下列几种情况可以使用单例模式。

• 一、系统只需要一个实例对象，如系统要求提供一个唯一的序列号生成器，或者需要考虑资源消耗太大而只允许创建一个对象。
• 二、客户调用类的单个实例只允许使用一个公共访问点，除了该公共访问点，不能通过其他途径访问该实例。

六、总结        

1. 单例模式中确保程序中一个类最多只有一个实例。
2. 单例模式的构造器是私有了，而且它必须要提供实例的全局访问点。
3. 单例模式可能会因为多线程的问题而带来安全隐患。

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