设计模式 6 —— 单件模式

设计模式目录：

设计模式 1 ——观察者模式

设计模式 2 —— 装饰者模式 

设计模式 3 —— 迭代器和组合模式（迭代器）

设计模式 4 —— 迭代器和组合模式（组合）

设计模式 5 —— 工厂模式

设计模式 6 —— 单件模式

设计模式 7 —— 命令模式

设计模式 8 —— 适配器和外观模式

设计模式 9 —— 模板方法模式

设计模式 10 —— 状态模式

概述：

第1 部分 问题引入

第2 部分 模式定义和实现

第3 部分 示例

第1 部分 问题引入

　　有时候某些对象我们只需要一个，如：线程池、缓存、对话框等等，对于这类对象我们只能有一个实例，如果我们制造出多个实例，就会导致很多问题产生。

但是我们怎样才能保证一个类只有一个实例并且能够便于访问？这里我们想到了全局变量，全局变量确实是可以保证该类可以随时访问，但是它很难解决只有一个实例问题。最好的办法就是让该自身来负责保存它的唯一实例。这个类必须要保证没有其他类来创建它。这里我们可以将其构造方法私有化。即

Public MyClass{
         PrivateMyClass(){}
}

含有私有化构造器的类就能保证它不能被其他类实例化了。但是我们如何来获取这个实例化类呢？提供一个方法用于返回该类的实例对象即可实现。

public class MyClass {
    private MyClass(){
        
    }
    
    public static MyClass getInstance(){
        return new MyClass();
    }
}

第2 部分 模式定义和实现

 单件模式确保一个类只有一个实例，并提供一个全局访问点。

从上面可以看出单例模式有如下几个特点：1、它只有一个实例。 2、它必须要自行实例化。3、它必须自行想整个系统提供访问点。

模式结构：

模式实现：

package firsthead.singleton;

/**
 * 
 * @ClassName: Singleton
 * TODO
 * @author Xingle
 * @date 2014-8-29 上午9:21:56
 */

//NOTE: This is not thread safe!
public class Singleton {
    
    private static Singleton uniqueInstance;
    
    //这里是其他有用的实例化变量
    
    private Singleton() {}
    
    public static Singleton getInstance(){
        if(uniqueInstance == null){
            uniqueInstance = new Singleton();
        }        
        return uniqueInstance;        
    }
    
    //这里是其他有用的方法

}

 在《Head  First》有这样一个场景，就是说有两个线程都要执行这段代码，很有可能会产生两个实例对象。如下图：

处理多线程，只要把getInstance() 变成同步(synchronized )方法，多线程问题就几乎可以轻易地解决了：

//NOTE: This is not thread safe!
public class Singleton {
    
    private static Singleton uniqueInstance;
    
    //这里是其他有用的实例化变量
    
    private Singleton() {}
    
    public static synchronized Singleton getInstance(){
        if(uniqueInstance == null){
            uniqueInstance = new Singleton();
        }        
        return uniqueInstance;        
    }
    
    //这里是其他有用的方法

}

　　但是，同步会减低性能。其实只有第一次执行此方法时，才真正需要同步。换句话说，一旦设置好uniqueInstance 变量，就不需要同步这个方法了，之后每次调用这个方法，同步都是一种累赘。

为了要符合大多数Java应用程序，需要确保单件模式能再多线程的状况下正常工作。但是同步getInstance() 的做法将拖垮性能，该怎么办呢？

这里有一些选择：

1.如果getInstance() 的性能对应用程序不是很关键，就什么都别做。

同步getInstance() 的方法既简单又有效，但是同步一个方法可能造成程序执行效率下降100倍。因此，如果将getInstance() 的程序使用在频繁运行的地方，你可能就要重新考虑了。

2. 使用“急切”创建实例，而不用延迟实例化的做法

如果应用程序总是创建并使用单件实例，或者在创建和运行时方面的负担不太繁重，你可能想要急切创建此单件，如下：

public class Singleton {
    
    //在静态初始化器中创建单件。这段代码保证了线程安全
    private static Singleton uniqueInstance = new Singleton();
     
    private Singleton() {}
    
    public static Singleton getInstance() {
        //已经有实例了，直接使用它
        return uniqueInstance;
    }
}

利用这个做法，依赖JVM在加载这个类时马上创建此唯一的单件实例。JVM保证在任何线程访问uniqueInstance 静态变量之前，一定先创建此实例。

3.用“双重检查加锁”，在getInstance()中减少使用同步

利用双重检查加锁，首先检查是否实例已经创建了，如果尚未创建，“才”进行同步。这样，只有第一次会同步，这正是我们想要的。

public class Singleton {
    
    //volatile 关键词确保，当uniqueInstance 变量被初始化成Singleton实例时，多个线程正确地处理uniqueInstance
    private volatile static Singleton uniqueInstance;
     
    private Singleton() {}
 
    public static Singleton getInstance() {
        //检查实例，如果不存在，就进入同步区块
        //只有第一次才彻底执行这里的代码
        if (uniqueInstance == null) {
            synchronized (Singleton.class) {
                //进入区块后，再检查一次。如果仍为null，才创建实例
                if (uniqueInstance == null) {
                    uniqueInstance = new Singleton();
                }
            }
        }
        return uniqueInstance;
    }

}

注意：双重检查加锁不适用于1.4及更早版本的java

第3 部分 示例

下面代码给出一个实例

 Singleton.java

package firsthead.singleton;

/**
 * 
 * @ClassName: Singleton
 * TODO
 * @author Xingle
 * @date 2014-8-29 上午9:21:56
 */
public class Singleton {
    
    protected static Singleton uniqueInstance;
     
    // other useful instance variables here
 
    protected Singleton() {}
 
    public static synchronized Singleton getInstance() {
        if (uniqueInstance == null) {
            uniqueInstance = new Singleton();
        }
        return uniqueInstance;
    }
 
    // other useful methods here
}

CoolerSingleton.java

public class CoolerSingleton extends Singleton{
    // useful instance variables here
    protected static Singleton uniqueInstance;
     
    private CoolerSingleton() {
        super();
    }
     
    // useful methods here
}

HotterSingleton.java

public class HotterSingleton extends Singleton{
    
    // useful instance variables here
    
    private HotterSingleton(){
        super();
    }
    
    // useful methods here
}

SingletonTestDrive.java

public class SingletonTestDrive {
    
    public static void main(String[] args){
        Singleton foo = CoolerSingleton.getInstance();
        Singleton bar = HotterSingleton.getInstance();
        
        System.out.println(foo);
        System.out.println(bar);
    }

}

结果：