案例分析：设计模式与代码的结构特性

一、单例设计模式

　　单例（Singleton）模式的定义：指一个类只有一个实例，且该类能自行创建这个实例的一种模式。例如，Windows 中只能打开一个任务管理器，这样可以避免因打开多个任务管理器窗口而造成内存资源的浪费，或出现各个窗口显示内容的不一致等错误。

　　单例模式有 3 个特点：

• 单例类只有一个实例对象；
• 该单例对象必须由单例类自行创建；
• 单例类对外提供一个访问该单例的全局访问点；

　　单例模式的应用场景：

• 在应用场景中，某类只要求生成一个对象的时候，如一个班中的班长、每个人的身份证号等。
• 当对象需要被共享的场合。由于单例模式只允许创建一个对象，共享该对象可以节省内存，并加快对象访问速度。如 Web 中的配置对象、数据库的连接池等。
• 当某类需要频繁实例化，而创建的对象又频繁被销毁的时候，如多线程的线程池、网络连接池等。

二、单例模式的结构

　　通常，普通类的构造函数是公有的，外部类可以通过“new 构造函数()”来生成多个实例。但是，如果将类的构造函数设为私有的，外部类就无法调用该构造函数，也就无法生成多个实例。这时该类自身必须定义一个静态私有实例，并向外提供一个静态的公有函数用于创建或获取该静态私有实例。其结构如下图：

 

三、单例模式的应用实例

　　问题：用懒汉式单例模式模拟产生美国当今总统对象。

　　分析：在每一届任期内，美国的总统只有一人，所以本实例适合用单例模式实现，下图所示是用懒汉式单例实现的结构图。

 

　　类代码如下：

public class SingletonLazy
{
    public static void main(String[] args)
    {
        President zt1=President.getInstance();
        zt1.getName();    //输出总统的名字
        President zt2=President.getInstance();
        zt2.getName();    //输出总统的名字
        if(zt1==zt2)
        {
           System.out.println("他们是同一人！");
        }
        else
        {
           System.out.println("他们不是同一人！");
        }
    }
}
class President
{
    private static volatile President instance=null;    //保证instance在所有线程中同步
    //private避免类在外部被实例化
    private President()
    {
        System.out.println("产生一个总统！");
    }
    public static synchronized President getInstance()
    {
        //在getInstance方法上加同步
        if(instance==null)
        {
               instance=new President();
        }
        else
        {
           System.out.println("已经有一个总统，不能产生新总统！");
        }
        return instance;
    }
    public void getName()
    {
        System.out.println("我是美国总统：特朗普。");
    }  
}

　　在这个例子中，President类中定义了一个静态President对象，保证该对象属性的全局唯一性，主程序中实例化了zt1和zt2对象，但两个对象内存区只存在一份President的拷贝，实现了单例模式的设计方法。