设计模式-单例模式(02)

定义

　　单例模式（Singleton Pattern）是最简单的一种设计模式。
　　英文原话是：Ensure a class has only one instance,and provide a global point of access to it.
　　意思是：确保一个类只有一个实例，而且自动实例化并向整个系统提供这个实例。

　　单例模式的主要作用是确保一个类只有一个实例存在。单例模式可以用在建立目录，数据库连接等需要单线程操作的场合，用于实现对系统资源的控制。

分类

　　Java语言的特点使得在Java中实现单例模式通常有两种表现形式：

　　饿汉式单例类：类加载时，就进行对象实例化。
　　懒汉式单例类：第一次引用类时，才进行对象实例化。

　　饿汉式单例类

　　饿汉式代码如下：

public class Singleton{
    private static Singleton m_instance = new Singleton();
    //构造方法私有,保证外界无法直接实例化
    private Singleton(){
    }
    //通过该方法获得实例对象
    public static Singleton getInstance(){
        return m_instance;
    }        
}

      上面这段代码中,在类加载时,静态变量m_instance会被初始化，此时类的私有构造函数会被调用，单例类的唯一实例就被创建出来。单例类中最重要的特点是类的构造函数是私有的，从而避免外界利用构造函数直接创建出任意多的实例。另外，构造函数是私有的，因此该类不能被继承。

　　懒汉式单例类

　　懒汉式单例类与饿汉式单例类相同的是，类的构造函数是私有的；不同的是，懒汉式单例类在加载时不会将自己实例化，而是在第一次被调用时将自己实例化。

　　懒汉式代码如下：

public class Singleton{
    private static Singleton _instance = null;
    //构造方法私有，保证外界无法直接实例化
    private Singleton(){
    }    
    //方法同步
    synchronized public static Singleton getInstance(){
        if(_instance==null){
            _instance = new  Singleton();
        }
        return _instance;
    }
}

　　上面这段代码中,懒汉式单例类中对静态方法getInstance()进行同步,以确保多线程环境下只创建一个实例。例如：如果getInstance()方法未被同步,并且线程A和线程B同时调用此方法,则执行if(_instance==null)语句时都为真,线程A和线程B会分别创建一个对象,在内存中就会出现两个对象,这样就违反了单例模式；单使用synchronized关键字进行同步后，就不会出现这种情况了。

　　饿汉式单例类与懒汉式单例类之间的区别：

　　1.懒汉式单例类在被加载时实例化，而懒汉式单例类在第一次引用时实例化。
　　2.从资源利用上说，饿汉式单例类比懒汉式单例类要差一些（因为饿汉式一开始就会实例化一个对象占用系统资源），但从速度和反应时间角度来讲，则饿汉式单例类比懒汉式单例类好一些。

　　3.饿汉式单例类可以在Java中实现，但不易在C++中实现。GoF在提出单利模式的概念是举的例子是懒汉式的，他们的书影响较大，以至于Java中单例类的例子大多是懒汉式的。实际上，饿汉式单例类更符合Java语言本身的特点。

单例对象的优点

　　1.由于单例模式在内存中只有一个实例，减少了内存的开支，特别是当一个对象需要频繁地被创建、销毁而且创建或销毁的性能又无法优化时，单例模式的优势就非常明显。
　　2.由于单例模式值生成一个实例，所以减少了系统的性能开销，当一个对象的产生需要比较多的资源时，如读取配置文件、产生其他依赖对象时，可以在启动时直接产生一个单例对象，然后永久驻留内存的方式来解决。
　　3.单例模式可以避免对资源的多重占用。例如：一个写文件动作，由于只有一个实例存在于内存中，避免了对同一个资源文件的同时写操作。
　   4.单例模式可以在系统设置全局访问点，优化和共享资源访问。

单例模式的缺点

　　1.单例模式无法创建子类，且扩展困难。若要扩展，除了修改代码以外基本上没有第二种途径可以实现。
　　2.单例模式对测试不利。在并行开发环境中，如果采用单例模式的类没有完成，程序是不能进行测试的；单例模式的类通常不会实现接口，这也妨碍了使用mock的方式虚拟一个对象。
　　3.单例模式与单一职责原则有冲突。一个类应该只实现一个逻辑，而不关心它是否是单例的，是否使用单例模式取决于环境，单例模式。

单例模式的使用场景

　　在一个系统中，如果要求一个类有且仅有一个实例，当出现多个实例时就会造成不良反应，则此时可以采用单例模式。典型场景如下：

　　1.要求生成唯一序列号的环境。
　　2.在整个项目中需要一个访问点或共享数据。（如web页面上的计数器）
　　3.创建一个对象需要消耗的资源过多，如访问IO和数据库等资源。
　　4.需要定义大量的静态常量和静态方法（如工具类）的环境，可以采用单例模式。

单例模式常和synchronized联合使用，例如下面的这个多线程计数（模拟访问量计数）

CounterSingleton.java

/**
 * 单例模式
 */
public class CounterSingleton {
    //懒汉式加载
    private static CounterSingleton singleton = new CounterSingleton();
    //私有构造,防止生成对象
    private CounterSingleton() {
    }
    //获取类
    public static CounterSingleton getInstance() {
        return singleton;
    }
    //对象的统计变量
    public int count = 0;
    //懒汉式对象的方法
    public synchronized void inc() {
        //加访问量
        count++;
        System.out.println("线程:"+Thread.currentThread()+",对象:"+this+",运行结果:CounterSingleton.count=" + CounterSingleton.getInstance().getCount());
    }
    //获取计数的值
    public int getCount() {
        return count;
    }
}

Counter.java

/**
 * 多线程调用
 */
public class Counter {
    public static void main(String[] args) {
        long time_s=System.currentTimeMillis();
        //同时启动1000个线程，去进行i++计算，看看实际结果
        for (int i = 0; i < 1000; i++) {
            new Thread(new Runnable() {
                @Override
                public void run() {
                    CounterSingleton.getInstance().inc();
                }
            }).start();
        }

        //这里每次运行的值都有可能不同,显示结果可能不为1000,但实际值是1000，因为线程是异步执行的原因(inc方法没有sychonized的话,count就是真的不是1000了)
        System.out.println("这里不一定是1000,而且不一定在最后。因为线程是异步执行的!"+",对象:"+CounterSingleton.getInstance().toString()+",运行结果:CounterSingleton.count=" + CounterSingleton.getInstance().getCount());
        System.out.println("耗时:"+(System.currentTimeMillis()-time_s));
    }
}

结果如图，count变量值最后为1000

最后那行打印因为线程异步的原因不是在最后

源码