單態設計模式(Singleton Design Pattern)

　1 基本概念

　　單態模式是設計模式中最為人熟知的也是形式最簡單的。它的基本概念是一個類只生成一個例項。

　2 應用

　　Singleton的應用有很多，譬如對資料庫只能有一個連線，或者對網站的連線數的計數器。

　3 幾種形式

　　基本形式是使用private constructor和一個public的static方法來獲得類的例項。

public class Singleton {
    private static Singleton instance = new Singleton();
 
    private Singleton(){}
 
    public static Singleton getInstance() {
        return instance;
    }
}

　　Snippet 1

　　constructor是private，所以如 Singleton s = new Singleton() 不再可行了。只能通過Singleton s = Singleton.getInstance(); 來獲得例項，而這個例項因為是static，全域性共享一個，所以無論有多少個Singleton s = Singleton.getInstance(); 得到的例項都是同一個。

　　constructor是private，所以如 Singleton s = new Singleton() 不再可行了。只能通過Singleton s = Singleton.getInstance();來獲得例項，而這個例項因為是static，全域性共享一個，所以無論有多少個Singleton s = Singleton.getInstance(); 得到的例項都是同一個。

　　而Singleton 還有另外一種形式，採用lazy initialization：

public class Singleton {
    private static Singleton instance = null;
 
    private Singleton(){}
 
    public static Singleton getInstance() {
        if(instance == null)
            instance = new Singleton();
        return instance;
    }
}

　　Snippet 2

　　Snippet 2同Snippet 1的區別在於：

　　Snippet 1在load class階段就建立物件了；

　　而Snippet 2只有第一次要例項化的時候才會建立物件。這就是所謂的lazy initialization。

　　多執行緒問題

　　我們來看snippet 2，如果是單執行緒，沒問題，如果是多執行緒，問題就出現了，因為兩個執行緒可以同時進入if(instance == null) 這個判斷語句，所以有可能兩個執行緒建立兩個例項。

public class Singleton {
    private static Singleton instance = null;
 
    private Singleton(){}
 
    public static syncronized  Singleton getInstance() {
        if(instance == null)
            instance = new Singleton();
        return instance;
    }
}

　　Snippet 3

　　然而Snippet 3的問題是在建立了物件之後, instance = new Singleton() 這個語句就再也不會執行了，所以對整個方法進行同步的話效率低下，這樣就有人想出了Double-checked locking的方法：

public class Singleton {
    private static Singleton instance = null;
 
    private Singleton(){}
 
    public static Singleton getInstance() {
        if(instance == null)
            syncronized(Singleton.class){
                if(instance == null)
                    instance = new Singleton();
            }
 
        return instance;
    }
}

　　Snippet 4

　　這樣就解決了問題，僅僅對

if(instance == null)
     instance = new Singleton();

　　這段程式碼進行同步，如果物件已經被建立，就不會進入到第一個if程式碼段裡面，所以僅僅在第一次建立的時候會進行同步，效率自然高了。現在看來萬無一失了。但問題還沒有這麼簡單。

　　out-of-order write問題，更多相關資料請見： DoubleCheckedLocking

　　instance = new Singleton(); 的順序應該是

　　1 分配記憶體

　　2 建構函式初始化

　　3 將物件的reference賦值給instance

　　但因為Java Memory Model的問題，可能出現下面的所謂out-of-order write的問題：

　　1 分配記憶體

　　2 將物件的reference賦值給instance

　　3 建構函式初始化

　　也就是還沒對物件初始化，就已經instance != null了，這樣如果另外一個執行緒這時候對例項進行操作，可能有意想不到的結果。

　　但仍舊沒有好的辦法可以完全解決這個問題。見 參考一 , 參考二

　　綜上，採用Snippet 1或者Snippet 3比較安全。Snippet 2和Snippet 4最好在多執行緒的環境下不要使用，否則可能會出錯。

　4 限制

　　但Singleton的模式還是有限制的

　　1 因為採用private constructor，所以Singleton是不能被繼承的。

　　2 如果應用是在容器中執行，就要小心，因為servlet可能在被幾個classloader載入，同時有幾個Singleton例項存在。

　　3 另外如果Singleton是可被序列化的(Serializable)，如果序列化一次而反序列化多次就有可能有多個Singleton例項存在。關於序列化見此文。

　5 結論

　　所以就算是看起來最簡單的設計模式也有這麼多變數，一不小心就可能落入陷阱。不過當你知道陷阱在哪，也就能避免掉進去了。

　　相關文件：追MM與Java的23種設計模式

　　來自：http://blog.jobbole.com/24162/