设计模式三之单例模式

有一些对象，我们只需要一个，比如：线程池，缓存，对话框，处理偏好设置和注册表的对象等等。

这些对象只能有一个实例，如果制造出多个实例，就会产生bug。

全局变量和单例的区别：

(1) 全局变量必须在程序一开始就创建好对象，如果这个对象非常耗费资源，而程序在本次执行中没有用到这个变量，则会造成资源的浪费。

(2) 单例模式可以实现在需要用到的时候再创建该对象，且保证整个程序中只创建一次。

接下来，我们来分析单例模式的最经典实现：

public class Singleton {

    //私有， 静态变量 ， 记录Singleton的唯一实例
    private static Singleton uniqueInstance;
    //私有的构造方法，只有在Singleton类内才可以调用构造器
    private Singleton(){}
    
    //静态方法，在此方法中实例化对象
    public static Singleton getInstance()
    {
        //延迟实例化，如果我们不需要这个实例，就永远不会创建，保证资源不被浪费
        if(uniqueInstance == null)
        {
            uniqueInstance = new Singleton();
        }
        return uniqueInstance;
    }
}

注意：单例模式的核心就在于拥有一个私有的构造方法，任何人想要创建实例，都不能直接创建，而是必须向 Singleton 做出请求，在 Singleton 类中进行判断，没有实例才进行创建，有的话直接返回。

 

现在我们可以尝试定义单例模式：确保一个类只有一个实例，并且提供一个全局访问点。

但是到这里，请注意，上述所有的都是针对于单线程来操作的，对于多线程来讲，可能会创建出多个实例。但是我们必须潜意识中认为所有程序都是多线程的，怎样保证多线程安全问题呢？有3种方式，各有优缺点，我们接下来进行分析：

方法一：将 getInstance() 方法变为同步 (synchronized) 的。

public class Singleton {
    
    private static Singleton uniqueInstance;
    
    private Singleton(){}
    
    //加入 synchronized 关键字
    public static synchronized Singleton getInstance()
    {    
        if(uniqueInstance == null)
        {
            uniqueInstance = new Singleton();
        }
        return uniqueInstance;
    }
}

加入 synchronized 关键字之后，迫使每个线程在进入 getInstance() 方法的时候，没有线程在此方法中，也就是说，不会有两个线程同时进入该方法，从而保证线程安全。

但是此种处理方法的缺点在于，同步会导致很严重的性能问题，导致性能下降100倍。并且，只有在第一次执行此方法时，才需要同步(创建对象)，以后执行的时候已经创建过对象，不需要同步。只是单纯的同步，会造成累赘。

 

方法二：放弃延迟化创建对象

public class Singleton {
    //放弃延迟化创建对象，在JVM加载此类的时候直接创建
    private static Singleton uniqueInstance = new Singleton();
    
    private Singleton(){}
    
    public static Singleton getInstance()
    {    
        return uniqueInstance;
    }
}

这样做保证了线程安全，但是又无法做到延迟化创建对象，如果在整个程序中一直用不到此对象，则会造成资源的浪费，和全局变量的效果类似。

 

方法三：利用双重检查加锁

public class Singleton {
    
    //加入 volatile 关键字
    private volatile static Singleton uniqueInstance;
    
    private Singleton(){}
    
    public static Singleton getInstance()
    {    
        //在这里进行双重判断，只有第一次执行的时候才创建实例，且保证线程安全
        if(uniqueInstance == null)
        {
            synchronized(Singleton.class)
            {
                if(uniqueInstance == null)
                {
                    uniqueInstance = new Singleton();
                }
            }    
        }
        return uniqueInstance;
    }
}

第三种方法可以避免性能上的影响，并且可以保证线程安全，但是此种方法不能适用于1.4以及更早的java版本。

 

综合以上分析，单例模式是由类管理自己的实例的一种典型的体现，单例类不仅负责管理自己的实例，还在应用程序中担当角色，可以看成是承担了两种责任，看起来像违背了"一个类，一个责任“的原则，但是在 java 中，这种方式很常见，也很特殊。并且，其实适合用单例模式的机会并不是很多。

单例模式的核心在于，私有构造方法，静态方法和静态变量。

就这些，祝好运。