单例模式

 

概述

　　Singleton模式要求一个类有且仅有一个实例，并且提供了一个全局的访问点。

　　这就提出了一个问题：如何绕过常规的构造器，提供一种机制来保证一个类只有一个实例？客户程序在调用某一个类时，它是不会考虑这个类是否只能有一个实例等问题的，所以，这应该是类设计者的责任，而不是类使用者的责任。

　　从另一个角度来说，Singleton模式其实也是一种职责型模式。因为我们创建了一个对象，这个对象扮演了独一无二的角色，在这个单独的对象实例中，它集中了它所属类的所有权力，同时它也肩负了行使这种权力的职责！

 意图

　　保证一个类仅有一个实例，并提供一个访问它的全局访问点。

 生活中的例子

　　美国总统的职位是Singleton，美国宪法规定了总统的选举，任期以及继任的顺序。这样，在任何时刻只能由一个现任的总统。无论现任总统的身份为何，其头衔"美利坚合众国总统"是访问这个职位的人的一个全局的访问点。

 

五种实现

1. 简单实现 

public class Singleton {
        private static Singleton instance = null;

        private Singleton() {
        }

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

 　　这种方式的实现对于线程来说并不是安全的，因为在多线程的环境下有可能得到Singleton类的多个实例。

　　如果同时有两个线程去判断(instance == null)，并且得到的结果为真，这时两个线程都会创建类Singleton的实例，这样就违背了Singleton模式的原则。实际上在上述代码中，有可能在计算出表达式的值之前，对象实例已经被创建，但是内存模型并不能保证对象实例在第二个线程创建之前被发现。 

　　该实现方式主要有两个优点：

　　1. 由于实例是在Instance属性方法内部创建的，因此类可以使用附加功能(例如，对子类进行实例化)，即使它可能引入不想要的依赖性。

　　2. 直到对象要求产生一个实例才执行实例化；这种方法称为“惰性实例化”。惰性实例化避免了在应用程序启动时实例化不必要的 singleton。

  

2．安全的线程 　　

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

    private Singleton() {
    }

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

            return instance;
        }
    }
}

 　　这种方式的实现对于线程来说是安全的。我们首先创建了一个进程辅助对象，线程在进入时先对辅助对象加锁然后再检测对象是否被创建，这样可以确保只有一个实例被创建，因为在同一个时刻加了锁的那部分程序只有一个线程可以进入。这种情况下，对象实例由最先进入的那个线程创建，后来的线程在进入时(instence == null)为假，不会再去创建对象实例了。但是这种实现方式增加了额外的开销，损失了性能。

  

3．双重锁定　　

public class Singleton {
    static Singleton instance=null;
    static Object lock = new Object(); 

    private Singleton() {
    } 

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

        return instance;
    }
}

　　这种实现方式对多线程来说是安全的，同时线程不是每次都加锁，只有判断对象实例没有被创建时它才加锁，有了我们上面第一部分的里面的分析，我们知道，加锁后还得再进行对象是否已被创建的判断。它解决了线程并发问题，同时避免在每个instance属性方法的调用中都出现独占锁定。它还允许您将实例化延迟到第一次访问对象时发生。

　　实际上，应用程序很少需要这种类型的实现。大多数情况下我们会用静态初始化。

　　这种方式仍然有很多缺点：无法实现延迟初始化。

 

4. 静态初始化

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

    private Singleton(){
    } 

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

 　　看到上面这段富有戏剧性的代码，我们可能会产生怀疑，这还是Singleton模式吗？在此实现中，将在第一次引用类的任何成员时创建实例。公共语言运行库负责处理变量初始化。

　　该实现与前面的示例类似，不同之处在于它依赖公共语言运行库来初始化变量。它仍然可以用来解决 Singleton 模式试图解决的两个基本问题：全局访问和实例化控制。公共静态属性为访问实例提供了一个全局访问点。此外，由于构造函数是私有的，因此不能在类本身以外实例化Singleton类；因此，变量引用的是可以在系统中存在的唯一的实例。

　　由于Singleton实例被私有静态成员变量引用，因此在类首次被对instance属性的调用所引用之前，不会发生实例化。

　　这种方法唯一的潜在缺点是，您对实例化机制的控制权较少。在 Design Patterns 形式中，您能够在实例化之前使用非默认的构造函数或执行其他任务。

　　在大多数情况下，静态初始化是实现Singleton的首选方法。

5. 延迟初始化

 

实现要点

(1) Singleton模式是限制而不是改进类的创建。

(2) Singleton模式一般不要支持序列化，这也有可能导致多个对象实例，这也与Singleton模式的初衷违背。

(3) Singleton只考虑了对象创建的管理，没有考虑到销毁的管理，就支持垃圾回收的平台和对象的开销来讲，我们一般没必要对其销毁进行特殊的管理。

(4) 理解和扩展Singleton模式的核心是“如何控制用户使用new对一个类的构造器的任意调用”。

(5) 可以很简单的修改一个Singleton，使它有少数几个实例，这样做是允许的而且是有意义的。

 

开销：虽然数量很少，但如果每次对象请求引用时都要检查是否存在类的实例，将仍然需要一些开销。可以通过使用静态初始化解决此问题，