個人部落格原文： 建立型模式：單例模式
簡介
姓名：單例模式
英文名：Singleton Pattern
價值觀：我的生活我主宰（只允許自己例項化，不願意被其他物件例項化）
個人介紹：
Ensure a class has only one instance, and provide a global point of access to it.（確保某一個類只有一個例項，而且自行例項化並向整個系統提供這個例項。） (來自《設計模式之禪》)
這裡的關注點有 3 個，分別是：
- 只有一個例項
- 自行例項化（也就是主動例項化）
- 向整個系統提供這個例項
你要的故事
我們腦洞大開來用一個故事講解一番。
小明家裡有一輛小汽車，具體什麼牌子就不知道了，我們也不關注，反正他家裡就這麼一輛車，小明比較懶，只要一出門都會開車，例如去旅遊、去學校、去聚會都會開車去。下面模擬小明出去的場景。
class Car {
public void run() {
System.out.println("走。。。。");
}
}
class XiaoMing {
public Car travel() {
System.out.println("小明去旅遊");
Car car = new Car();
car.run();
return car;
}
public Car goToSchool() {
System.out.println("小明去學校");
Car car = new Car();
car.run();
return car;
}
public Car getTogether() {
System.out.println("小明參加聚會");
Car car = new Car();
car.run();
return car;
}
}
public class SingletonErrorTest {
public static void main(String[] args) {
XiaoMing xiaoMing = new XiaoMing();
Car car1 = xiaoMing.travel();
Car car2 = xiaoMing.goToSchool();
Car car3 = xiaoMing.getTogether();
}
}
複製程式碼上面小汽車只有一個方法，就是走。小明去旅遊、去學校、參加聚會都開著他唯一的一輛汽車車去。是不是有人有疑問？為什麼每個方法都返回 Car 物件？其實只是想在下面做一次檢查，檢查小明去旅遊、去學校和參加聚會的車是不是同一輛。下面是檢查程式碼：
System.out.println("car1 == car2 ? " + (car1 == car2));
System.out.println("car2 == car3 ? " + (car2 == car3));
複製程式碼最終結果是啥？很明顯是 2 個 false。小明去旅遊、去學校和參加聚會的車都不相同，小明不是隻有 1 輛車？關鍵在於 Car car = new Car(); 這一句程式碼，其實這一句是建立一輛車，每次都重新建立一輛。那應該怎麼實現小明只有一輛車呢？這時候就引入了單例模式。
上面我們說到了單例模式需要具備的 3 個點：只有 1 個例項，很顯然，上面的程式碼不止 1 個例項，而是有 3 個 Car 例項；自行例項化，Car 本身沒有主動例項化，而是在小明需要用到的時候才例項化；向整個系統提供這個例項，因為 Car 沒有主動例項化，所以它沒法向外部暴露提供自己出來。
我們的程式碼完全不符合單例模式的要求。我們要通過修改，使之符合單例模式的 3 個要點。首先需要實現的是第 2 點，把 Car 例項化從小明轉為 Car 本身，如下程式碼
class Car1{
private static Car1 car1 = new Car1();
private Car1() {
}
public void run(){
System.out.println("走。。。。");
}
}
複製程式碼上面程式碼使用 private 修飾構造方法，使得 Car1 不能被其他使用方例項化，通過 Car1 car1 = new Car1(); 主動例項化自己。
接下來再實現第 3 點，向整個系統暴露這個例項，也就是暴露它自己。每個使用方都呼叫 Car1.getInstance() 方法來獲取例項。
class Car1{
private static Car1 car1 = new Car1();
public static Car1 getInstance() {
return car1;
}
private Car1() {
}
public void run(){
System.out.println("走。。。。");
}
}
複製程式碼上面程式碼就實現了單例模式的 2 和 3 要點，第 1 要點要怎麼實現呢？告訴你，不用實現，只要滿足了 2 和 3 要點就可以，第 1 要點是用來檢驗是否是單例模式的好思路。我們檢驗一下
class Car1{
private static Car1 car1 = new Car1();
public static Car1 getInstance() {
return car1;
}
private Car1() {
}
public void run(){
System.out.println("走。。。。");
}
}
class XiaoMing1 {
public Car1 travel() {
System.out.println("小明去旅遊");
Car1 car = Car1.getInstance();
car.run();
return car;
}
public Car1 goToSchool() {
System.out.println("小明去學校");
Car1 car = Car1.getInstance();
car.run();
return car;
}
public Car1 getTogether() {
System.out.println("小明參加聚會");
Car1 car = Car1.getInstance();
car.run();
return car;
}
}
public class SingletonRightHungryTest {
public static void main(String[] args) {
XiaoMing1 xiaoMing1 = new XiaoMing1();
Car1 car1 = xiaoMing1.travel();
Car1 car2 = xiaoMing1.goToSchool();
Car1 car3 = xiaoMing1.getTogether();
System.out.println("car1 == car2 ? " + (car1 == car2));
System.out.println("car2 == car3 ? " + (car2 == car3));
}
}
複製程式碼上面程式碼最後兩行列印出來的結果是啥？是我們想要的：2 個 true。說明小明這幾次外出開的車都是同一輛。這是最簡單的單例模式的實現方式，我們經常稱作餓漢式單例模式。為什麼起這麼古怪的名字呢？其實和對應的懶漢式單例模式有關，這是 2 個實現方式的差別，餓漢式單例模式實現方式在類載入到記憶體的時候，就建立好物件了，而懶漢式則是在第一次使用的時候才建立物件，也就是把建立物件的時機從載入延遲到第一次使用，所以才有懶餓之分。
下面我們來看怎麼實現懶漢式單例模式。先描述一下場景：小明還沒有汽車，他也不知道什麼時候要買汽車，突然某一天，他想去旅遊，覺得是時候買輛車了，然後他就買車去旅遊了，旅遊回來又開車去學校和參加聚會。
class Car2{
private static Car2 car2;
public static synchronized Car2 getInstance() {
if (null == car2) {
System.out.println("買車啦。。。");
car2 = new Car2();
}
return car2;
}
private Car2() {
}
public void run(){
System.out.println("走。。。。");
}
}
class XiaoMing2
{
public Car2 travel() {
System.out.println("小明去旅遊");
Car2 car = Car2.getInstance();
car.run();
return car;
}
public Car2 goToSchool() {
System.out.println("小明去學校");
Car2 car = Car2.getInstance();
car.run();
return car;
}
public Car2 getTogether() {
System.out.println("小明參加聚會");
Car2 car = Car2.getInstance();
car.run();
return car;
}
}
public class SingletonRightLazyTest {
public static void main(String[] args) {
XiaoMing2 xiaoMing2 = new XiaoMing2();
Car2 car1 = xiaoMing2.travel();
Car2 car2 = xiaoMing2.goToSchool();
Car2 car3 = xiaoMing2.getTogether();
System.out.println("car1 == car2 ? " + (car1 == car2));
System.out.println("car2 == car3 ? " + (car2 == car3));
}
}
小明去旅遊
買車啦。。。
走。。。。
小明去學校
走。。。。
小明參加聚會
走。。。。
car1 == car2 ? true
car2 == car3 ? true
複製程式碼上面附帶了列印出來的結果，小明要去旅遊的時候，才去買車。這就是懶漢式單例模式的實現方式。
要注意懶漢式單例模式有個很關鍵的一點就是 getInstance() 方法帶上了 synchronized，這個是為什麼呢？
首先得了解關鍵字 synchronized 的作用是什麼：用於修飾執行方法同步，也就是說多執行緒併發的情況下，在一個時間點，只允許一個執行緒執行這個方法。
不加上這個會有什麼結果？在多執行緒併發情況下，如果有 2 個執行緒同時執行到 if(null == car2)，那麼都判斷為 true，這時 2 個執行緒都會執行 car2 = new Car2()，這樣子就不是單例了。
總結
單例模式可以說是設計模式中最簡單的一個，也是在工作中很多場景下經常用到的，比如：專案的配置檔案載入、各種工具類等等。我們對於單例模式最重要的一點就是要考慮多執行緒併發，沒有考慮這點就容易引發單例物件不單例的情況。而單例給我們帶來最大的好處就是節約記憶體。
上面實現的兩種方法是單例模式中最最最簡單的 2 種實現，相信也是用得最多的實現方式。網上有不少網友分享了單例模式的很多種實現方法，大家也可以去了解，在瞭解之前務必已經搞懂文中這 2 種最簡單的實現方式，不然會頭暈的。
參考資料：《大話設計模式》、《Java設計模式》、《設計模式之禪》、《研磨設計模式》、《Head First 設計模式》
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