戲說設計模式只有一個中國單例模式

知識 06-17

戲說設計模式－單例模式

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簡介

Singleton

保證類有且僅有一個實例，並提供一個訪問它的全局站點

類型

餓漢模式

懶漢模式

懶漢模式 PK 餓漢模式

優缺點

優點

由於單例模式在內存中只有一個實例，

減少了內存開支

，特別是一個對象需要頻繁地創建、銷毀時，而且創建或銷毀時性能又無法優化，單例模式的優勢就非常明顯。

由於單例模式只生成一個實例，所以

減少了系統的性能開銷

，當一個對象的產生需要比較多的資源時，如讀取配置、產生其他依賴對象時，則可以通過在應用啟動時直接產生一個單例對象，然後用永久駐留內存的方式來解決（在Java EE中採用單例模式時需要注意JVM垃圾回收機制）。

單例模式可以

避免對資源的多重佔用

，例如一個寫文件動作，由於只有一個實例存在內存中，避免對同一個資源文件的同時寫操作。

單例模式可以在系統設置全局的訪問點，

優化和共享資源訪問

，例如可以設計一個單例類，負責所有數據表的映射處理。

缺點

單例模式一般沒有介面，

擴展很困難

，若要擴展，除了修改代碼基本上沒有第二種途徑可以實現。單例模式為什麼不能增加介面呢？因為介面對單例模式是沒有任何意義的，它要求「自行實例化」，並且提供單一實例、介面或抽象類是不可能被實例化的。當然，在特殊情況下，單例模式可以實現介面、被繼承等，需要在系統開發中根據環境判斷。

單例模式

對測試是不利的

。在並行開發環境中，如果單例模式沒有完成，是不能進行測試的，沒有介面也不能使用mock的方式虛擬一個對象。

單例模式

與單一職責原則有衝突

。一個類應該只實現一個邏輯，而不關心它是否是單例的，是不是要單例取決於環境，單例模式把「要單例」和業務邏輯融合在一個類中。

適用場景

應用程序中的該對象有且只有一個即可

創建一個對象需要消耗的資源過多，如要訪問IO和資料庫等資源；

需要定義大量的靜態常量和靜態方法（如工具類）的環境，可以採用單例模式（當然，也可以直接聲明為static的方式）。

注意事項

在高並發情況下，請注意單例模式的線程同步問題。

案例

只有一個中國

小鳥：「該死的日本鬼子，...」

大牛：「小鳥，你突然罵日本人幹啥?」

小鳥：「連一個懷孕六個月的孕婦都不放過,居然將刺刀插進孕婦的腹部，挑出一個還沒出世的孩子，好好的一個南京城，硬是被他們弄的血流成河.」

大牛：「你在看《南京大屠殺》吧！在那個貧窮積弱的年代，又何止是一個南京，整個華夏大地都被他們弄的烏煙瘴氣，幸好，咱們的前輩們站起來了，打贏了那一場硬仗。」

小鳥：「是啊！勝利來之不易，所以我們要堅持只有一個中國的原則。到現在了，居然還有人鬧藏獨，台獨，真想化身成歐特曼，鋼鐵俠，誰敢不服，誰敢鬧分裂，就揍誰！」

大牛：「哈哈，想不到我們小鳥還是一個這麼有血性的人，不過大象是不會去計較螞蟻的挑釁的。」

大牛：「香港回歸，你能用程序實現嗎？」

小鳥：「我編寫一個中國類，定義一個城市返回的方法，這裡定義為帶參的(參數：城市)，因為我們都知道，香港回歸後，有澳門回歸，我更期待不久的將來，由台灣回歸.這是事實的角度出發，同時也是從系統的擴展性出發」

小鳥：「客戶端調用，香港回歸」

China china = new China(); china.returnChina("香港");

大牛：「小鳥，說的不錯，擴展性你已經考慮到了，但是就像你前面說的勝利來之不易，我們要堅持只有一個中國的原則，而你這裡有體現沒？」

小鳥：「沒有，我的中國類是new出來的，如果我不new的話，我就沒法創建對象了啊」

大牛：「你可以將它的構造方法私有化啊。」

懶漢模式實現

私有化構造方法

：限制產生多個對象

小鳥：「

構造方法私有化

,是將構造方法的修飾符改成private嗎？」

private China() { }

大牛：「是的。」

創建類的唯一實例

：創建中國類的唯一實例,並使用private static 修飾

小鳥：「這樣改了，我外部就沒法實例化了哦，不要說台灣回歸，就是已經回歸了的香港，澳門，都回歸不了啊?」

大牛：「private的作用域是？」

小鳥：「在其類的內部是可以使用的，我明白了，你是說讓我在中國類裡面聲明一個自己的對象,然後通過get方法讓它自行實例化.同時也是為了提供給外部使用」

大牛：「不錯不錯，一點就通,不過能將代碼寫出來，才表示真正理解了哦！」

小鳥：「這還不容易」

單例對象：China

類中其它方法盡量是static

public class China { // 自行實例化 private static China china; private China() { } // 返回我自己的對象 public static China getChina() { if (china == null) { china = new China(); } return china; } public void returnChina(String city) { System.out.println(city + "回歸"); } }

客戶端

China china = China.getChina(); china.returnChina("香港");

大牛：「不錯，這裡還有一點需要知道的就是，

類中的其它方法，盡量是static

」

小鳥：「ok,我馬上把returnChina改成static修飾.」

餓漢模式實現

大牛：「這裡還有一個問題需要說明一下，就是關於

並發

，會導致線程不安全。」

小鳥：「並發？」

大牛：「換句話說吧！假設我們的香港和澳門是同一天同一時刻回歸的，那麼也就代表會同時去訪問China類 ---> 由於開始並沒有任何城市訪問過China類，所以會導致它們都進入getChina()方法中的if語句裡面 ---> 這樣的話就會造成我們的china會new兩次。」

小鳥：「我明白了，我們這個單例模式，就是為了保證整個應用程序中有且只有一個該對象,像開始那種低並發的情況，我那樣寫是沒什麼問題的，但是如果要考慮高並發的話，就不能這麼寫了，如果不這麼寫，我又該如何寫呢？」

大牛：「不錯我們的小鳥還挺善於總結的，關於並發導致線程不安全，我們這裡有幾種解決方案。」

第1種：synchronized

在getChina方法前加synchronize關鍵字

synchronize作用：用於解決線程同步的問題, eg：A,B同時訪問方法c, 如果不加synchronize，則同時訪問，如果加了B會等A訪問完在進行訪問

大牛：「第1種，就是在getChina方法前加synchronized，它的作用就是香港，澳門同一時刻回歸時，它們種任意一個獲取完中國對象，另一個才會去獲取對象，也就解決了會同時產生兩個中國對象的問題.」

public static synchronized China getChina() { if (china == null) { china = new China(); } return china; }

第2種：雙重鎖定

Double-Check Locking

小鳥：「如果是這樣的話，確實是能解決同時產生兩個中國對象的問題，但是每次獲取China對象時，都會進行鎖定，這樣不好吧！會影響性能吧？」

大牛：「確實，分析的不錯，所以這裡我就給你講一下第2種實現方式:雙重鎖定，具體代碼如下:」

public static China getChina() { if (china == null) { synchronized (new Object()) { if (china == null) { china = new China(); } } } return china; }

大牛：「我們這裡在加鎖前面進行了一次判斷，所以就解決了我們每次都要進行加鎖操作的問題，我們再加鎖的代碼塊中再次進行判斷，就解決了我們會產生兩個對象的問題.」

第3種：餓漢模式

小鳥：「如果是這樣的話，確實是能解決同時產生兩個中國對象的問題，但是我們假設當前第1個回歸的是香港，香港正在獲取中國這個對象，但出了意外，大不列顛及北愛爾蘭聯合王國政府欠揍，突然反悔，那麼我們的香港就會一直處於查找中國的階段，由於我們加了synchronized關鍵字，它會解決並發的問題，對線程進行一個排序，從而也就導致我們的香港如果不回歸的話，我們的澳門也就不能回歸了，這樣是不是太虧了啊！」

大牛：「分析的不錯，確實會有這個問題，所以我們這裡推薦第3種實現方式，餓漢模式，即在類進行裝載的時候，就對其進行實例化.」

public class China { // 自行實例化 private static final China china = new China(); private China() { } // 返回我自己的對象 public static China getChina() { return china; } // 類中其它方法，建議用static修飾 public static void returnChina(String city) { System.out.println(city + "回歸"); } }

小鳥：「這樣就完美了！」

大牛：「非也，非也，我們這3種方式都是從線程安全的角度來考慮,第1種：線程安全，但是嚴重影響性能；第2種：線程安全，性能優於第1種；第3種：線程安全，性能優於前面兩種，但是由於類裝載的時候，就進行了唯一實例的初始化，會導致內存的浪費。」

小鳥：「那我採用哪種比較優呢？」

大牛：「我們一般是採用第3種，內存浪費點就浪費點，現在設備都不差這點內存,最主要的是運行時，由於一開始已經載入，所以運行速度會快一點。」