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

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public class Singleton{

private static Singleton sing;

private Singleton(){

}

public static Singleton getInstance(){

if(sing == null)

{

sing = new Singleton();

}

return sing;

}

}

Test

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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。

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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

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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

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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

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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：

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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

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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：

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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。