設計模式之Singleton - 單態模式

weixin_34219944發表於2008-06-25

Singleton模式也叫單態模式,是由GoF提出的23種設計模式中的一種。Singleton模式是一種物件建立型模式,它為一個類生成唯一的例項物件,並提供一個對該例項的全域性訪問方法。


本文介紹設計模式中的單態(Singleton)模式的概念,用法,以及實際應用中怎麼樣使用Singleton模式進行開發。
Singleton的概念
Singleton模式是一種物件建立型模式,使用Singleton模式,可以保證為一個類只生成唯一的例項物件。也就是說,在整個程式空間中,該類只存在一個例項物件。
其實,GoF對Singleton模式的定義是:保證一個類只有一個例項存在,同時提供能對該例項加以訪問的全域性訪問方法。


為什麼要使用Singleton模式呢?
在應用系統開發中,我們常常有以下需求:
- 在多個執行緒之間,比如servlet環境,共享同一個資源或者操作同一個物件
- 在整個程式空間使用全域性變數,共享資源
- 大規模系統中,為了效能的考慮,需要節省物件的建立時間
等等

因為Singleton模式可以保證為一個類只生成唯一的例項物件,所以這些情況,Singleton模式就派上用場了。


Singleton模式的實現
Singleton模式是設計模式中相對比較簡單的模式之一。理解以及使用方法都比較簡單。
Singleton模式有多個實現方法。但目前,每一種都存在或多或少的問題。

下面我們將給出幾種實現方法,同時對它們加以比較。

第一種方法:
這是一種最簡單的實現方法。但是一種相對有效的實現方法。現在,一般推薦這一種方法作為Singleton模式的實現方法。
//1)使用final關鍵字修改class,防止子類繼承
public final class Singleton {
    //2)Singleton自身唯一例項instance
    private static final Singleton instance = new Singleton();
    //3)private構造方法。防止外部呼叫者使用new建立新的例項
    private Singleton(){};
    //4)提供唯一例項的全域性訪問點
    public static Singleton getInstance(){
        return Singleton.instance;
    }

    ...
}
注意上述1),2),3),4)部分,這是Singleton模式實現的幾個關鍵。
我們注意到,這種方法沒有對instance = new Singleton()部分作同期化操作,但考慮到Singleton例項的生成只是在最初被呼叫時才執行一次,如果我們在呼叫時適當處理一下,比如在程式的統一初期化時(SERVLET環境的情況下可以在容器被初始化時如SevletListener裡)呼叫一下Singleton,就不會存線上程安全問題。

第二種方法:
public final class Singleton {
    private static Singleton instance;
    private Singleton(){};
    public static synchronized Singleton getInstance(){
        if(instance == null){
            instance = new Singleton();
        }
        return instance;
    }
}
該方法把Singleton例項生成放到了getInstance方法裡,同時使用synchronized解決了執行緒安全問題。
但如果在高併發的應用系統中,大量的執行緒在呼叫getInstance時會受到阻塞,系統的效能將受到嚴重影響。


第三種方法:
public final class Singleton {
    private static Singleton instance;
    private Singleton(){};
    public static Singleton getInstance(){
        if(instance == null){
            synchronized (this) {
                //double-check
                if(instance == null){
                    instance = new Singleton();
                }
            }
        }
        return instance;
    }
}
該方法也叫double-check(雙重檢查)方法,把執行緒同步synchronized放到只會被執行一次的同步塊裡。該方法雖然解消了效能瓶頸問題,但該方法被指出並不是執行緒安全的(不同步的情況下引用型別不是執行緒安全的)。


第四種方法:
public final class Singleton {
    private volatile static Singleton instance;
    private Singleton(){};
    public static Singleton getInstance(){
        if(instance == null){
            synchronized (this) {
                //double-check
                if(instance == null){
                    instance = new Singleton();
                }
            }
        }
        return instance;
    }
}

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