设计模式(4) -- 单例模式(Singleton)

设计模式(4) -- 单例模式(Singleton)

试想一个读取配置文件的需求，创建完读取类后通过New一个类的实例来读取配置文件的内容，在系统运行期间，系统中会存在很多个该类的实例对象，也就是说系统中会同时存在多份配置文件的内容，这样会严重浪费内存资源。这样需要实现：在一个系统运行期间，只要一个类实例就可以了。

单例模式的定义：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。

现在一个类能够被创建多个实例，问题的根源在于类的构造方法是公开的，也就是可以让类的外部通过构造方法创建多个实例。换句话说，只要类的构造方法能让类的外部访问，就没有办法去控制外部来创建这个类的实例个数。

要想控制一个类只被创建一个实例，那么首要的问题就是要把创建实例的权限收回来，让类自身来负责自己类实例的创建工作，然后由这个类来提供外部可以访问这个类实例的方法，这就是单例模式的实现方式。

在Java中，单例模式分为两种，懒汉式和饿汉式。

懒汉式：

public classSingletonLan {

privatestaticSingletonLan uniqueInstance = null;

privateSingletonLan(){

}

publicstaticsynchronizedSingletonLan getInstance(){

if(uniqueInstance==null){

uniqueInstance = new SingletonLan();

}

return uniqueInstance;

}

publicvoidsingletonOPeration(){

}

privateString singletonData;

publicStringgetSingletonData(){

return singletonData;

}

}

饿汉式：

public classSingletonE {

private static SingletonE uniqueInstance= newSingletonE();

privateSingletonE(){

}

publicstaticSingletonEgetInstance(){

return uniqueInstance;

}

publicvoidsingletonOPeration(){

}

privateString singletonData;

publicString getSingletonData(){

return singletonData;

}

}

Java里面实现的单例是一个虚拟机范围。因为装载类的功能是虚拟机的，所以一个虚拟机在通过自己的ClassLoader装载饿汉式实现单例类的时候就会创建一个类的实例。这就意味着如果一个虚拟机里面有很多个ClassLoader,而且这些ClassLoader都装载某个类的话，就算这个类是单例，它也会产生很多个实例。当然，如果一个机器上有多个虚拟机，那么每个虚拟机里面都应该至少有一个这个类的实例，也就是说整个机器上就有很多个实例，更不会是单例了。

单例模式的精粹是static变量在类装载的时候进行初始化；多个实例的static变量会共享同一块内存区域。

单例模式有一种应用叫延迟加载(Lazy Load)：一开始不需要加载资源或者数据，一直等，等到马上要使用这个资源或者数据的时候才去加载。

利用缓存来实现单例模式：

import java.util.HashMap;

import java.util.Map;

public classSingletonCache {

private final static String DEFAULT_KEY="One";

private static Map<Object,SingletonCache> map = newHashMap<Object,SingletonCache>();

private SingletonCache(){

}

public static SingletonCache getInstance(){

SingletonCache instance = (SingletonCache)map.get(DEFAULT_KEY);

if(instance==null){

instance = new SingletonCache();

map.put(DEFAULT_KEY,instance);

}

return instance;

}

}

从线程安全上讲，懒汉式是线程不安全的，饿汉式是线程安全的(虚拟机保证只会加载一次，在装载类的时候是不会发生并发的)，但是加了synchronized关键字的懒汉式是线程安全的，只是效率下降了。

可以使用双重检查加锁机制，指的是并不是每次进入getInstance方法都需要同步，而是先不同步，进入方法过后，先检查实例是否存在，如果不存在才进入下面的同步块，这是第一重检查。进入同步块后，再次检查实例是否存在，如果不存在，就在同步的情况下创建一个实例，这是第二重检查。这样一来，就只需要同步一次了。

双重检查加锁机制的实现用到关键字volatile，意思是被volatile修饰的变量的值，将不会被本地线程缓存，所有对该变量的读写都是直接操作共享内存，从而确保多个线程能正确的处理该变量。由于volatile关键字可能会屏蔽虚拟机中一些必要的代码优化，所以运行效率并不是很高。

public classSingletonVolatile {

privatevolatilestaticSingletonVolatile instance = null;

privateSingletonVolatile(){

}

publicstaticSingletonVolatilegetInstance(){

if(instance== null){

synchronized(SingletonVolatile.class){

if(instance==null){

instance = newSingletonVolatile();

}

}

}

return instance;

}

}

Lazyinitialization holder class模式综合实现了延迟加载和线程安全。在类加载的时候不去初始化对象。

public classSingletonClass {

privatestaticclassSingletonHolder{

private staticSingletonClass instance = newSingletonClass();

}

privateSingletonClass(){

}

publicstaticSingletonClassgetInstance(){

return SingletonHolder.instance;

}

}

据说单元素的枚举类型已经成为实现Singleton的最佳方法。