为什么要使用单例模式?

单例设计模式 (Singleton Design Pattern) 理解起来非常简单.一个类只允许创建一个对象(或者实例),那这个类就是一个单例类,这种设计模式就叫作单例设计模式.简称单例模式.

实战案例一: 处理资源访问冲突

一个例子,自定义实现了一个往文件中打印日志的Logger类.具体实现代码如下:

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public class Logger {
  private FileWriter writer;
  
  public Logger() {
    File file = new File("/Users/wangzheng/log.txt");
    writer = new FileWriter(file, true); //true表示追加写入
  }
  
  public void log(String message) {
    writer.write(mesasge);
  }
}

// Logger类的应用示例：
public class UserController {
  private Logger logger = new Logger();
  
  public void login(String username, String password) {
    // ...省略业务逻辑代码...
    logger.log(username + " logined!");
  }
}

public class OrderController {
  private Logger logger = new Logger();
  
  public void create(OrderVo order) {
    // ...省略业务逻辑代码...
    logger.log("Created an order: " + order.toString());
  }
}

在上面的代码中，我们注意到，所有的日志都写入到同一个文件/Users/wangzheng/log.txt中。在UserController和OrderController中，我们分别创建两个Logger对象。在Web容器的Servlet多线程环境下，如果两个Servlet线程同时分别执行login()和create()两个函数，并且同时写日志到log.txt文件中，那就有可能存在日志信息互相覆盖的情况。

为什么会出现互相覆盖呢？我们可以这么类比着理解。在多线程环境下，如果两个线程同时给同一个共享变量加1，因为共享变量是竞争资源，所以，共享变量最后的结果有可能并不是加了2，而是只加了1。同理，这里的log.txt文件也是竞争资源，两个线程同时往里面写数据，就有可能存在互相覆盖的情况。

我们将Logger设计成一个单例类，程序中只允许创建一个Logger对象，所有的线程共享使用的这一个Logger对象，共享一个FileWriter对象，而FileWriter本身是对象级别线程安全的，也就避免了多线程情况下写日志会互相覆盖的问题。

按照这个设计思路,我们实现了Logger单例类,具体代码如下:

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public class Logger {
  private FileWriter writer;
  private static final Logger instance = new Logger();

  private Logger() {
    File file = new File("/Users/wangzheng/log.txt");
    writer = new FileWriter(file, true); //true表示追加写入
  }
  
  public static Logger getInstance() {
    return instance;
  }
  
  public void log(String message) {
    writer.write(mesasge);
  }
}

// Logger类的应用示例：
public class UserController {
  public void login(String username, String password) {
    // ...省略业务逻辑代码...
    Logger.getInstance().log(username + " logined!");
  }
}

public class OrderController {  
  public void create(OrderVo order) {
    // ...省略业务逻辑代码...
    Logger.getInstance().log("Created a order: " + order.toString());
  }
}

实战案例二: 代表全局唯一的类
从业务概念上，如果有些数据在系统中只应保存一份，那就比较适合设计为单例类。

比如，配置信息类。在系统中，我们只有一个配置文件，当配置文件被加载到内存之后，以对象的形式存在，也理所应当只有一份。

再比如，唯一递增ID号码生成器（第34讲中我们讲的是唯一ID生成器，这里讲的是唯一递增ID生成器），如果程序中有两个对象，那就会存在生成重复ID的情况，所以，我们应该将ID生成器类设计为单例。

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import java.util.concurrent.atomic.AtomicLong;
public class IdGenerator {
  // AtomicLong是一个Java并发库中提供的一个原子变量类型,
  // 它将一些线程不安全需要加锁的复合操作封装为了线程安全的原子操作，
  // 比如下面会用到的incrementAndGet().
  private AtomicLong id = new AtomicLong(0);
  private static final IdGenerator instance = new IdGenerator();
  private IdGenerator() {}
  public static IdGenerator getInstance() {
    return instance;
  }
  public long getId() { 
    return id.incrementAndGet();
  }
}

// IdGenerator使用举例
long id = IdGenerator.getInstance().getId();