設計模式之單例模式

目錄：

• 什么是單例模式
• 單例模式的應用場景
• 單例模式的優缺點
• 單例模式的實作
• 總借

一、什么是單例模式

　　單例模式顧名思義就是只存在一個實體，也就是系統代碼中只需要一個物件的實體應用到全域代碼中，有點類似全域變數，例如，在系統運行時，系統需要讀取組態檔中的引數，在設計系統的時候讀取組態檔的類往往設計成單例類，因為系統從啟動運行到結束，只需要讀取一次組態檔，這個讀取組態檔全部由該類負責讀取，在全域代碼中只需要使用該類即可，這樣不僅簡化了組態檔的管理，也避免了代碼讀取組態檔資料的不一致性，

 單例模式的特點：

　　1、該類的構造方法宣告為private，這樣其他類無法初始花該類，只能通過該類的public方法獲取該類的物件，

　　2、里面有個私有的物件成員，該成員物件是類本身，用于public方法回傳該類的實體，

　　3、該類中提供一個public的靜態方法，回傳該類的私有成員物件，

二、單例的應用場景

  舉一個小例子，在我們的windows桌面上，我們打開了一個回收站，當我們試圖再次打開一個新的回收站時，Windows系統并不會為你彈出一個新的回收站視窗，，也就是說在整個系統運行的程序中，系統只維護一個回收站的實體，這就是一個典型的單例模式運用，

  繼續說回收站，我們在實際使用中并不存在需要同時打開兩個回收站視窗的必要性，假如我每次創建回收站時都需要消耗大量的資源，而每個回收站之間資源是共享的，那么在沒有必要多次重復創建該實體的情況下，創建了多個實體，這樣做就會給系統造成不必要的負擔，造成資源浪費，

  再舉一個例子，網站的計數器，一般也是采用單例模式實作，如果你存在多個計數器，每一個用戶的訪問都重繪計數器的值，這樣的話你的實計數的值是難以同步的，但是如果采用單例模式實作就不會存在這樣的問題，而且還可以避免執行緒安全問題，同樣多執行緒的執行緒池的設計一般也是采用單例模式，這是由于執行緒池需要方便對池中的執行緒進行控制

  同樣，對于一些應用程式的日志應用，或者web開發中讀取組態檔都適合使用單例模式，如HttpApplication 就是單例的典型應用，

  從上述的例子中我們可以總結出適合使用單例模式的場景和優缺點：  

   適用場景：

　　1.需要生成唯一序列的環境

　　2.需要頻繁實體化然后銷毀的物件，

　　3.創建物件時耗時過多或者耗資源過多，但又經常用到的物件， 

　　4.方便資源相互通信的環境

三、單例模式的優缺點

　　優點：

　　　　1、在記憶體中只有一個物件，節省記憶體空間；

　　　　2、避免頻繁的創建銷毀物件，可以提高性能；

　　　　3、避免對共享資源的多重占用，簡化訪問；

　　　　4、為整個系統提供一個全域訪問點，

　　缺點：

　　　　1、不適用于變化頻繁的物件；

　　　　2、濫用單例將帶來一些負面問題，如為了節省資源將資料庫連接池物件設計為的單例類，可能會導致共享連接池物件的程式過多而出現連接池溢位；

　　　　3、如果實體化的物件長時間不被利用，系統會認為該物件是垃圾而被回收，這可能會導致物件狀態的丟失；

四、單例模式的實作

　　1、餓漢式

public class Mgr{
    //創建自己的實體，并初始化私有靜態final成員
    private static final Mgr mgr = new Mgr();
    //私有構造方法
    private Mgr() {}; 
    //公共方法，回傳自己的實體化成員
    public static Mgr getMgr() { 
        return  mgr;
    }
}

　　備注：該單例實作方法簡單明了，推薦使用，該類被JVM加到記憶體的時候，只會加載一次，并且只實體化一個單例，優點是具有執行緒安全性，缺點是：不用他也在記憶體中實體化，浪費記憶體，所以提出了懶散式實作方式，

　　2、懶漢式

public class Mgr{
   //宣告私有靜態物件成員，作為回傳值
    private static Mgr mgr;
   //私有建構式
    private Mgr() {}; 
   //懶漢的特點，提供公共靜態方法，如果該成員物件為空，實體化并回傳
    public static Mgr getMgr() {
        if(mgr == null){
            mgr =  = new Mgr();
        }
         return  mgr;
     }
}

　　備注：（不推薦用）這種實作方法只有程式在呼叫該類的getMgr方法才實體話物件并回傳，特點就是呼叫的時候再實體化并回傳，延遲加載的被動形式，但是該實作方法不是執行緒安全的，因為當同時有有兩個執行緒執行到if(mgr==null)陳述句的時候，由于某些原因其中一個執行緒先一步執行下一句，實體化了物件并回傳；兩一個執行緒再實體化物件在回傳，這兩個執行緒回傳的物件不是同一個物件（這難道還是單例嗎！），所以該實作方法的缺點也很明顯，那為了避免執行緒不安全問題，在懶漢寫法上提出加鎖的實作方式，

　　3、給公共方法加鎖

public class Mgr{
    //宣告私有靜態物件成員，作為回傳值
    private static Mgr mgr;
    //私有建構式
    private Mgr() {}; 
    //給公共方法加鎖，只有一個執行緒第一次獲得鎖實體化物件并回傳
    public static syncnronized Mgr getMgr() {
        if(mgr == null){
            mgr = new Mgr();
        }
        return  mgr;
   }
}

　　備注：（推薦使用）這種實作方式比較完善，既保證了懶散式的延遲加載方式，也保證了執行緒安全，缺點是在整個方法上加鎖，導致性能下降，因為只有第一次獲得鎖的執行緒實體化物件并回傳，以后的執行緒獲得鎖的時候執行 if（mgr == null）陳述句的時候，由于mgr已經實體化了不為空，直接跳過回傳實體，整個程序要競爭鎖，不能并發執行導致性能下降，那為優化性能下降問題，那我只在mgr = new Mgr（）上加鎖，保證鎖粒度最小化的同時保證單例實體化，

　　4、給實體化加鎖

public class Mgr{
    //私有靜態成員物件
    private static Mgr mgr;
    //私有建構式
    private Mgr() {}; 
    //公共方法，在實體化陳述句塊加鎖，保證單例
    public static  Mgr getMgr() {
        if(mgr == null){
            syncnronized（Mgr.class）{
                mgr = new Mgr();
            }
        }
         return  mgr;
  }
}

　　備注：（不推薦使用）該實作方法雖然相較方法3性能有所提升，但并不能保證執行緒安全，因為當兩個執行緒同時執行if（mgr == null）陳述句時，其中執行緒1獲取鎖，實體化物件并回傳，執行緒2在獲得鎖又在實體化物件并回傳，執行緒1和執行緒2獲取的物件并不是同一個，所以在此基礎上提出了雙重判斷方式，

5、雙重判斷加鎖

public class Mgr{
    //私有靜態成員物件
    private static  Mgr mgr;
    //私有建構式
    private Mgr() {}; 
    //公共方法提供雙重判斷并在實體化代碼塊加鎖
    public static  Mgr getMgr() {
        if(mgr == null){ //第一次判斷
            syncnronized（Mgr.class）{
                if（mgr == null）{ //第二次判斷
                    mgr =  = new Mgr();
                }      
            }
        }
         return  mgr;
  }
}

　　備注：（推薦使用）相較于方法4，該方法雙重判定，如果多執行緒同時執行到第一次判斷陳述句位置，其中一個執行緒獲得鎖，由于是第一次該物件成員為空，實體化后并回傳，其后其它執行緒呼叫公共方法的時候，由于實體化了，在第一次判斷自接回傳實體，不在產生鎖競爭，大大提高了效率，保證了執行緒的安全性，也保證了延遲加載的特性，

 6、靜態內部類

public class Mgr{
    private Mgr() {};
    //定義靜態內部類
    private static class MgrHolder{
        private final static Mgr mgr = new Mgr();
    } 
    //公共方法直接回傳靜態內部類的實體物件
    public static  Mgr getMgr() {
        return  MgrHolder.mgr;
  }
}

　　備注：（可使用）該實作方法通過JVM來保證執行緒安全性，靜態內部類MgrHolder來New一個Mgr物件，JVM只會加載一次Mgr類（靜態內部類不會加載），當類呼叫getMgr方法的時候，也只會呼叫一次，公共方法呼叫靜態內部類，獲取一個物件（也是實作懶加載），所以也是執行緒安全的，

7、列舉類單例模式

public enum Mgr{
    mgr;
    public void m(){} //業務方法
}

　　備注：（推薦使用）jdk1.5之后才能正常達到單例效果，參考來自《Effective Java》，注意列舉類的列舉變數必須寫在第一行，后面實作業務代碼，呼叫方式是：Mgr.mgr.Function_Name();具備列舉型別的特點，有點是：執行緒同步，防止反序列化，

五、總結

　　通過上面幾種單例模式的實作方式的列舉，但是在實際應用中其中的2，3，4三種方式并不適用，列出來只是讓讀者更好的理解方式5的由來，起到拋磚引玉的作用，更好的理解單例模式，總之常用的四種，懶漢，雙重校驗鎖，靜態內部類，列舉單例，

　　餓漢：類加載的時候就創建實體，所以是執行緒安全的，但不能延遲加載，

　　雙重校驗鎖：執行緒安全，效率較高，延遲加載，

　　靜態內部類：實作起來比較麻煩，在不同的編譯器上會出現不可預知的錯誤，

　　列舉單例：很好，不僅避免了多執行緒同步問題，而且能反正反序列化重新創建物件，但是不能延遲加載，用的人少，

• 讀者發現有什么有問題的地方謝謝留言指正，部分參考自：https://www.cnblogs.com/xuwendong/p/9633985.html#_label0

標籤：設計模式

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