Java設計模式之從[反恐精英控制檯]分析單例(Singleton)模式

　　所謂單例模式(Singleton)，就是保證一個類僅有一個例項，並提供一個訪問它的全域性訪問點的模式。

　　玩過反恐精英的同學應該都知道，遊戲當中是有個控制檯的，我們可以通過按`鍵（波浪線鍵）調出這個控制檯。控制檯的目的是為了方便開發人員除錯，當然我們也可以在裡面來修改一些遊戲引數，如輸入SV_GRAVITY 100可以把重力調整到100，那麼我們跳躍的高度就是原來的8倍了。

　　由於控制檯的遊戲的全域性通用的，因此我們希望這個控制檯類僅有一個例項。當我們訪問它的時候，如果它沒有例項化，則例項化之，如果它例項化了我們則返回它例項化的物件。這便是單例模式。

　　那麼，以Java為例，我們應該在何時將類的物件例項化呢？是在第一次載入類的時候？第一次需要返回例項的時候？因為物件的例項化時間順序的差異，我們可以寫出幾種單例模式的實現方法，本篇文字以懶漢、餓漢、巢狀類（內部靜態類）三種方法為例。程式碼如下：

class Log {
    public void print(String str){
        System.out.println(str + " - From 懶漢" );
    }
    private static Log logInstance;
    private Log(){}
    public static synchronized Log getInstance(){
        if (logInstance == null){
            logInstance = new Log();
        }
        return logInstance;
    }
}

class Log2{
    private static Log2 logInstance = new Log2();
    private Log2(){}
    public void print(String str){
        System.out.println(str + " - From 餓漢" );
    }
    public static Log2 getInstance(){
        return logInstance;
    }
}

class Log3{
    private static class LogHolder{
        private static final Log3 logInstance = new Log3();
    }
    private Log3(){}
    public static Log3 getInstance(){
        return LogHolder.logInstance;
    }
    public void print(String str){
        System.out.println(str + " - From 內部靜態類" );
    }
}

class Singleton
{
    public static void main(String[] args) {
        Log log = Log.getInstance();
        log.print("Hello world");
        Log2 log2 = Log2.getInstance();
        log2.print("Hello world");
        Log3 log3 = Log3.getInstance();
        log3.print("Hello world");
    }
}

　　在上面的例子中，Log、Log2和Log3分別用懶漢、餓漢、內部靜態類實現了單例模式，它們能夠呼叫print方法，輸出我們傳入的字串。下面簡要來分析一下這3個類之間的差異。

　　Log類可以呼叫getInstance來返回一個Log例項，如果這個例項沒有被建立，則進行建立，否則直接返回例項，這個就是懶漢模式（需要的時候才進行判斷）。由於判斷是否存在和建立存在時間差，因此我加上了synchronized關鍵字保證它不會在多執行緒中遭到爭搶。這樣寫的代價是，系統會在同步鎖上有很大的開銷，假設很多地方需要使用到getInstance，那麼時間開銷會很大。

　　Log2類，將例項化寫在了一個static語句中，那麼，只要這個類被載入（這個類第一次被使用）時，就會建立logInstance物件。假設這個物件十分龐大，那麼我們在載入這個類的時候會花很多時間。另外，假設new Log2()執行失敗，我們將永遠無法得到Log2的例項。只要這個類被載入，則物件被建立，這個就是餓漢。

　　Log3類包含一個巢狀類（內部靜態類），它是Log2類的升級版。我們可以看到，logInstance的例項化被寫到了一個巢狀類中，那麼這個巢狀類被載入的時間也就是呼叫Log3.getInstance的時間，也就是說，只有我們呼叫了Log3.getInstance，這個物件才會被建立。

　　以上程式的執行結果為：

Hello world - From 懶漢
Hello world - From 餓漢
Hello world - From 內部靜態類

　　當一個類只期望有一個例項，且客戶可以從一個眾所周知的地方訪問它時，就可以考慮單例模式了。