设计模式(四)----- 单态模式(Singleton)----(JAVA版)

单态模式(Singleton)：

   保证一个类仅有一个实例，只提供一个访问它的全局访问点

适用性：

 1.当一个类只能有一个实例，而且客户可以从一个众所周知的访问点访问它

2.当这个唯一实例应该是通过子类化可扩展的，并且客户应该无需更改代码就能使用一个扩展的实例时

3.Singleton的应用有很多，譬如对数据库只能有一个连接，或者对网站的连接数的计数器。

一个简单的例子：

Singleton

[java]
view plaincopyprint?

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

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

Test

[java]
view plaincopyprint?

public class Test{  
  public static void main(String[] args){  
    Singleton sing = Singleton.getInstance();  
    Singleton sing2 = Singleton.getInstance();  
  
    System.out.println(sing);  
    System.out.println(sing2);  
}  

public class Test{
public static void main(String[] args){
Singleton sing = Singleton.getInstance();
Singleton sing2 = Singleton.getInstance();

System.out.println(sing);
System.out.println(sing2);
}

result:

singleton.Singleton@1c78e57

singleton.Singleton@1c78e57

单态模式的几种形势：

Snippet 1  基本形式是使用private constructor和一个public的static方法来获得类的实例。

[java]
view plaincopyprint?

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

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

private Singleton(){}

public static Singleton getInstance() {
return instance;
}
}

     constructor是private，所以如 Singleton s = new Singleton() 不再可行了。只能通过Singleton s = Singleton.getInstance(); 来获得实例，而这个实例因为是static，全局共享一个，所以无论有多少个Singleton s = Singleton.getInstance(); 得到的实例都是同一个。

Snippet 2  采用lazy initialization

[java]
view plaincopyprint?

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

public class Singleton {
private static Singleton instance = null;

private Singleton(){}

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

Snippet 2同Snippet 1的区别在于：

    Snippet 1在load class阶段就创建对象了;而Snippet 2只有第一次要实例化的时候才会创建对象。这就是所谓的lazy initialization。

多线程问题

     我们来看snippet 2，如果是单线程，没问题，如果是多线程，问题就出现了，因为两个线程可以同时进入if(instance == null) 这个判断语句，所以有可能两个线程创建两个实例。

Snippet 3

[java]
view plaincopyprint?

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

public class Singleton {
private static Singleton instance = null;

private Singleton(){}

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

   然而Snippet 3的问题是在创建了对象之后, instance = new Singleton() 这个语句就再也不会执行了，所以对整个方法进行同步的话效率低下，这样就有人想出了Double-checked locking的方法：

Snippet 4

[java]
view plaincopyprint?

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

public class Singleton {
private static Singleton instance = null;

private Singleton(){}

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

return instance;
}
}

这样就解决了问题，仅仅对：

[java]
view plaincopyprint?

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

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

这段代码进行同步，如果对象已经被创建，就不会进入到第一个if代码段里面，所以仅仅在第一次创建的时候会进行同步，效率自然高了。现在看来万无一失了。但问题还没有这么简单。

out-of-order write问题，更多相关资料请见：
DoubleCheckedLocking

instance = new Singleton(); 的顺序应该是

[java]
view plaincopyprint?

1 分配内存  
2 构造函数初始化  
3 将对象的reference赋值给instance  

1 分配内存
2 构造函数初始化
3 将对象的reference赋值给instance

但因为Java Memory Model的问题，可能出现下面的所谓out-of-order write的问题：

[java]
view plaincopyprint?

1 分配内存  
2 将对象的reference赋值给instance  
3 构造函数初始化  

1 分配内存
2 将对象的reference赋值给instance
3 构造函数初始化

   也就是还没对对象初始化，就已经instance != null了，这样如果另外一个线程这时候对实例进行操作，可能有意想不到的结果。但仍旧没有好的办法可以完全解决这个问题。

综上，采用Snippet 1或者Snippet 3比较安全。Snippet 2和Snippet 4最好在多线程的环境下不要使用，否则可能会出错。

限制

但Singleton的模式还是有限制的

1 因为采用private constructor，所以Singleton是不能被继承的。

2 如果应用是在容器中运行，就要小心，因为servlet可能在被几个classloader加载，同时有几个Singleton实例存在。

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个Singleton实例存在。