建立型模式————單例模式

pszh發表於2016-06-03
模式單例

這個模式應該是大家使用的最多的模式了，也是瞭解最多的模式吧。這裡我來說下我對這個模式的理解吧

1由來

        對於系統中的某些類來說，只有一個例項很重要，例如，有很多首歌要播放，如果同時開兩個播放器，會導致兩首歌同時播放，造成音樂變噪音了這個時候就只能有一個播放器了。

        那 如何保證一個類只有一個例項並且這個例項易於被訪問呢？定義一個全域性變數可以確保物件隨時都可以被訪問，但不能防止我們例項化多個物件。一個更好的解決辦法是讓類自身負責儲存它的唯一例項。這個類可以保證沒有其他例項被建立，並且它可以提供一個訪問該例項的方法。

2定義

單例模式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，這個類稱為單例類，它提供全域性訪問的方法。

3程式碼的實現

1、餓漢式（靜態常量）[可用]

public class Singleton {

    private final static Singleton INSTANCE = new Singleton();

    private Singleton(){}

    public static Singleton getInstance(){
        return INSTANCE;
    }
}

優點：這種寫法比較簡單，就是在類裝載的時候就完成例項化。避免了執行緒同步問題。

缺點：在類裝載的時候就完成例項化，沒有達到Lazy Loading的效果。如果從始至終從未使用過這個例項，則會造成記憶體的浪費。

2、餓漢式（靜態程式碼塊）[可用]

public class Singleton {

    private static Singleton instance;

    static {
        instance = new Singleton();
    }

    private Singleton() {}

    public Singleton getInstance() {
        return instance;
    }
}

這種方式和上面的方式其實類似，只不過將類例項化的過程放在了靜態程式碼塊中，也是在類裝載的時候，就執行靜態程式碼塊中的程式碼，初始化類的例項。優缺點和上面是一樣的。

3、懶漢式(執行緒不安全)[不可用]

public class Singleton {

    private static Singleton singleton;

    private Singleton() {}

    public static Singleton getInstance() {
        if (singleton == null) {
            singleton = new Singleton();
        }
        return singleton;
    }
}

這種寫法起到了Lazy Loading的效果，但是隻能在單執行緒下使用。如果在多執行緒下，一個執行緒進入了if (singleton == null)判斷語句塊，還未來得及往下執行，另一個執行緒也通過了這個判斷語句，這時便會產生多個例項。所以在多執行緒環境下不可使用這種方式。

4、懶漢式(執行緒安全，同步方法)[不推薦用]

public class Singleton {

    private static Singleton singleton;

    private Singleton() {}

    public static synchronized Singleton getInstance() {
        if (singleton == null) {
            singleton = new Singleton();
        }
        return singleton;
    }
}

解決上面第三種實現方式的執行緒不安全問題，做個執行緒同步就可以了，於是就對getInstance()方法進行了執行緒同步。

缺點：效率太低了，每個執行緒在想獲得類的例項時候，執行getInstance()方法都要進行同步。而其實這個方法只執行一次例項化程式碼就夠了，後面的想獲得該類例項，直接return就行了。方法進行同步效率太低要改進。

5、懶漢式(執行緒安全，同步程式碼塊)[不可用]

public class Singleton {

    private static Singleton singleton;

    private Singleton() {}

    public static Singleton getInstance() {
        if (singleton == null) {
            synchronized (Singleton.class) {
                singleton = new Singleton();
            }
        }
        return singleton;
    }
}

由於第四種實現方式同步效率太低，所以摒棄同步方法，改為同步產生例項化的的程式碼塊。但是這種同步並不能起到執行緒同步的作用。跟第3種實現方式遇到的情形一致，假如一個執行緒進入了if (singleton == null)判斷語句塊，還未來得及往下執行，另一個執行緒也通過了這個判斷語句，這時便會產生多個例項。

6、雙重檢查[推薦用]

public class Singleton {

    private static volatile Singleton singleton;

    private Singleton() {}

    public static Singleton getInstance() {
        if (singleton == null) {
            synchronized (Singleton.class) {
                if (singleton == null) {
                    singleton = new Singleton();
                }
            }
        }
        return singleton;
    }
}

Double-Check概念對於多執行緒開發者來說不會陌生，如程式碼中所示，我們進行了兩次if (singleton == null)檢查，這樣就可以保證執行緒安全了。這樣，例項化程式碼只用執行一次，後面再次訪問時，判斷if (singleton == null)，直接return例項化物件。

優點：執行緒安全；延遲載入；效率較高。

7、靜態內部類[推薦用]

public class Singleton {

    private Singleton() {}

    private static class SingletonInstance {
        private static final Singleton INSTANCE = new Singleton();
    }

    public static Singleton getInstance() {
        return SingletonInstance.INSTANCE;
    }
}

這種方式跟餓漢式方式採用的機制類似，但又有不同。兩者都是採用了類裝載的機制來保證初始化例項時只有一個執行緒。不同的地方在餓漢式方式是隻要Singleton類被裝載就會例項化，沒有Lazy-Loading的作用，而靜態內部類方式在Singleton類被裝載時並不會立即例項化，而是在需要例項化時，呼叫getInstance方法，才會裝載SingletonInstance類，從而完成Singleton的例項化。

類的靜態屬性只會在第一次載入類的時候初始化，所以在這裡，JVM幫助我們保證了執行緒的安全性，在類進行初始化時，別的執行緒是無法進入的。

優點：避免了執行緒不安全，延遲載入，效率高。

8、列舉[推薦用]

public enum Singleton {
    INSTANCE;
    public void whateverMethod() {

    }
}

藉助JDK1.5中新增的列舉來實現單例模式。不僅能避免多執行緒同步問題，而且還能防止反序列化重新建立新的物件。可能是因為列舉在JDK1.5中才新增，所以在實際專案開發中，很少見人這麼寫過。

優點：系統記憶體中該類只存在一個物件，節省了系統資源，對於一些需要頻繁建立銷燬的物件，使用單例模式可以提高系統效能。

缺點：當想例項化一個單例類的時候，必須要記住使用相應的獲取物件的方法，而不是使用new，可能會給其他開發人員造成困擾，特別是看不到原始碼的時候。


4模式的優點

  • 提供了對唯一例項的受控訪問。因為單例類封裝了它的唯一例項，所以它可以嚴格控制客戶怎樣以及何時訪問它，併為設計及開發團隊提供了共享的概念。
  • 由於在系統記憶體中只存在一個物件，因此可以節約系統資源，對於一些需要頻繁建立和銷燬的物件，單例模式無疑可以提高系統的效能。

  • 允許可變數目的例項。我們可以基於單例模式進行擴充套件，使用與單例控制相似的方法來獲得指定個數的物件例項。
5模式的缺點
  • 由於單例模式中沒有抽象層，因此單例類的擴充套件有很大的困難。
  • 單例類的職責過重，在一定程度上違背了“單一職責原則”。因為單例類既充當了工廠角色，提供了工廠方法，同時又充當了產品角色，包含一些業務方法，將產品的建立和產品的本身的功能融合到一起。
  • 濫用單例將帶來一些負面問題，如為了節省資源將資料庫連線池物件設計為單例類，可能會導致共享連線池物件的程式過多而出現連線池溢位；現在很多物件導向語言(如Java、C#)的執行環境都提供了自動垃圾回收的技術，因此，如果例項化的物件長時間不被利用，系統會認為它是垃圾，會自動銷燬並回收資源，下次利用時又將重新例項化，這將導致物件狀態的丟失。

6應用的場景

系統只需要一個例項物件；客戶呼叫類的單個例項只允許使用一個公共訪問點。





參考：

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