一、前期回顧
上一篇《Java設計模式之開篇》介紹了設計的六大原則，分別是，單一職責、里氏替換原則、依賴倒置、迪米特法則、介面隔離、開閉原則。每一個原則都通過定義解釋和程式碼實戰進行詳細體現，最後也總結了這六大原則，原則是死的，人是活的，我們要根據實際情況是使用六大原則，不要生搬硬套，為了原則而原則，為了模式而模式。這一篇，我們來介紹下設計模式最簡單的一個模式，單例模式。
二、釋義以及實戰
- 2.1 單例模式的定義
單例模式，英文：Singleton Pattern,英文解釋：Ensure a class has only instance,and provide a global point of access to it.翻譯過來就是說，要確保一個類只有一個例項，而且自行例項化並且向整個系統提供這個例項。
- 2.2 單例模式的使用場景
單例模式的使用場景要求可以用一句話表示，如果一個類有多個物件會導致系統可能出現問題就要採用單例模式，一般的場景如下：
a.建立一個物件需要耗費大量資源或者時間，如IO，資料庫連線等。
b.生成唯一id情況。
c.工具類，一般就可以採用靜態類可以滿足。
- 2.3 單例模式的實戰
我們來設計一個單例模式，場景：中國古代，一般情況，某一段時間只能有一個皇帝，當然特殊情況除外，無論是大臣還是平民，求見的皇帝都是同一個，我們用程式碼實現這個場景
//皇帝介面
public interface Iemperor {
//皇帝下命令
public void sayCommand(String str);
}
//明朝皇帝實現類
public class MingEmperor implements Iemperor {
private static MingEmperor emperor=new MingEmperor(new Random().nextInt(10)+"");
//皇帝身份id
private String id;
//防止破壞單例
private MingEmperor(String id) {
this.id = id;
}
@Override
public void sayCommand(String str) {
System.out.println(str+"----------我是皇帝，這是我的id="+id);
}
public static MingEmperor getEmperor(){
return emperor;
}
}
//場景客戶類
public class Client {
public static void main(String[] args) {
for (int i = 0; i <10 ; i++) {
MingEmperor.getEmperor().sayCommand("求見皇帝");
}
}
}
複製程式碼執行下場景類，輸出結果為
public class MingEmperor implements Iemperor {
private static MingEmperor emperor;
//皇帝身份id
private String id;
//防止破壞單例
private MingEmperor(String id) {
this.id = id;
}
@Override
public void sayCommand(String str) {
System.out.println(str+"----------我是皇帝，這是我的id="+id);
}
public static MingEmperor getEmperor(){
if (emperor==null){
emperor= new MingEmperor(new Random().nextInt(10)+"");
}
return emperor;
}
}
複製程式碼這裡獲取皇帝物件的時候，判斷是否為空，如果為空就new一個物件，否則直接返回之前例項化過的物件。我們按照原來的場景類執行下，結果如下：
這和我們預期結果一樣，難道這樣就ok了嗎？既然是單例的，那麼多執行緒環境下肯定也是單例的，我們換成多執行緒試試。
public static void main(String[] args) {
for (int i = 0; i <10 ; i++) {
new Thread(new Runnable() {
@Override
public void run() {
MingEmperor.getEmperor().sayCommand("求見皇帝");
}
}).start();
}
}
複製程式碼執行結果：
public class MingEmperor implements Iemperor {
//增加volatile修飾，防止虛擬機器指令重排序
private static volatile MingEmperor emperor;
//皇帝身份id
private String id;
//防止破壞單例
private MingEmperor(String id) {
this.id = id;
}
@Override
public void sayCommand(String str) {
System.out.println(str+"----------我是皇帝，這是我的id="+id);
}
public static synchronized MingEmperor getEmperor(){
if (emperor==null){
//採用同步程式碼塊，縮小鎖定範圍，比直接同步方法效率要略高
synchronized (MingEmperor.class){
//這裡再判斷為空，是防止別的執行緒已經完成了例項化，這裡重複例項化了，就違反了單例。
if (emperor==null) emperor= new MingEmperor(new Random().nextInt(10)+"");
}
}
return emperor;
}
}
複製程式碼以上程式碼改造，主增加了volatile修飾全域性變數，該變數主要功能就是增加執行緒之間的可見性，同時防止指令重排序（關於volatile變數，後續我會出一片文章詳細說）。另外縮小了synchronized的範圍，採用同步程式碼塊。這樣就完成了執行緒安全的懶漢式單例模式，該寫法被稱為，雙重檢查鎖定（DCL）。
其實我們結合上一篇的知識，再看看這部分程式碼，發現這個單例模式違反了一個原則，就是單一職責原則，按照單一職責原則，皇帝類不用關心什麼單例不單例，我只要傳達命令就好了。所以這個模式也告訴了大家，原則要靈活使用。
- 2.4 單例模式的缺點
1.剛剛上面提到的，單例模式違反了單一職責。
2.單例模式嚴格意義上說是沒有介面的，要擴充套件只能修改，雖然上面的例子實現了介面，但是並不能針對介面做一個單例模式，因為單例模式要求“自行例項化”，介面和抽象類是不能被例項化的。所以在每個實現類進行單例模式，就算實現了介面，每個實現類都要自己實現一套單例的邏輯，也就是造成了程式碼重複。
- 2.5 單例模式的優點
單例模式主要優點就算減少了系統資源消耗，優化了系統效能。
三、總結
其實，我們用到的池化技術可以理解為單例模式的一種擴充套件，池化技術就是可以允許建立指定數量的例項，而單例模式就相當於池化數量為1 。所以，模式在於要消化理解，然後靈活變通使用。另外需要注意的是，我們在設計單例模式的時候還需要考慮到一種破壞單例模式的情況，就是克隆方式，雖然我們私有化了構造方法，但是克隆物件並不需要執行構造方法，所以這裡也是一個潛在破壞單例模式的方式。解決方法就是單例類不要實現Cloneable介面。
四、參考
《設計模式之禪》