设计模式之单例模式

模式动机：

对于系统中的某些类来说，只有一个实例很重要，例如，一个系统中可以存在多个打印任务，但是只能有一个正在工作的任务；一个系统只能有一个窗口管理器或文件系统；一个系统只能有一个计时工具或ID（序号）生成器。

如何保证一个类只有一个实例并且这个实例易于被访问呢？定义一个全局变量可以确保对象随时都可以被访问，但不能防止我们实例化多个对象。
一个更好的解决办法是让类自身负责保存它的唯一实例。这个类可以保证没有其他实例被创建，并且它可以提供一个访问该实例的方法。这就是单例模式的模式动机。

模式定义：
单例模式(Singleton Pattern)：单例模式确保某一个类只有一个实例，而且自行实例化并向整个系统提供这个实例，这个类称为单例类，它提供全局访问的方法。

单例模式的要点有三个：一是某个类只能有一个实例；二是它必须自行创建这个实例；三是它必须自行向整个系统提供这个实例。单例模式是一种对象创建型模式。单例模式
又名单件模式或单态模式。

Singleton Pattern:
Ensure a class has only one instance and
provide a global point of accessto it.

模式结构：




单例模式包含如下角色：
•Singleton：单例

模式分析：

单例模式的目的是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。单例模式包含的角色只有一个，就是单例类——Singleton。单例类拥有一个私有构造函数，确保用户无法通过new关键字直接实例化它。除此之外，该模式中包含一个静态私有成员变量与静态公有的工厂方法，该工厂方法负责检验实例的存在性并实例化自己，然后存储在静态成员变量中，以确保只有一个实例被创建。

单例模式的实现代码如下所示：


public class Singleton

{

privatestatic Singleton instance=null; //静态私有成员变量


//私有构造函数


privateSingleton()

{

}

//静态公有工厂方法，返回唯一实例


publicstatic Singleton
getInstance()

{

if(instance==null)

instance=new Singleton();

returninstance;

}

}

在单例模式的实现过程中，需要注意如下三点：
•单例类的构造函数为私有；
•提供一个自身的静态私有成员变量；
•提供一个公有的静态工厂方法。

单例模式实例与解析：

实例一：***号码
•在现实生活中，居民***号码具有唯一性，同一个人不允许有多个***号码，第一次申请***时将给居民分配一个***号码，如果之后因为遗失等原因补办时，还是使用原来的***号码，不会产生新的号码。现使用单例模式模拟该场景。



实例二：打印池
•在操作系统中，打印池(Print Spooler)是一个用于管理打印任务的应用程序，通过打印池用户可以删除、中止或者改变打印任务的优先级，在一个系统中只允许运行一个打印池对象，如果重复创建打印池则抛出异常。现使用单例模式来模拟实现打印池的设计。




模式优缺点：

单例模式的优点
•提供了对唯一实例的受控访问。因为单例类封装了它的唯一实例，所以它可以严格控制客户怎样以及何时访问它，并为设计及开发团队提供了共享的概念。
•由于在系统内存中只存在一个对象，因此可以节约系统资源，对于一些需要频繁创建和销毁的对象，单例模式无疑可以提高系统的性能。
•允许可变数目的实例。我们可以基于单例模式进行扩展，使用与单例控制相似的方法来获得指定个数的对象实例。

单例模式的缺点
•由于单例模式中没有抽象层，因此单例类的扩展有很大的困难。
•单例类的职责过重，在一定程度上违背了“单一职责原则”。因为单例类既充当了工厂角色，提供了工厂方法，同时又充当了产品角色，包含一些业务方法，将产品的创建和产品的本身的功能融合到一起。
•滥用单例将带来一些负面问题，如为了节省资源将数据库连接池对象设计为单例类，可能会导致共享连接池对象的程序过多而出现连接池溢出；现在很多面向对象语言(如Java、C#)的运行环境都提供了自动垃圾回收的技术，因此，如果实例化的对象长时间不被利用，系统会认为它是垃圾，会自动销毁并回收资源，下次利用时又将重新实例化，这将导致对象状态的丢失。

模式适用环境：

在以下情况下可以使用单例模式：
•系统只需要一个实例对象，如系统要求提供一个唯一的序列号生成器，或者需要考虑资源消耗太大而只允许创建一个对象。
•客户调用类的单个实例只允许使用一个公共访问点，除了该公共访问点，不能通过其他途径访问该实例。
•在一个系统中要求一个类只有一个实例时才应当使用单例模式。反过来，如果一个类可以有几个实例共存，就需要对单例模式进行改进，使之成为多例模式。

模式应用：

(1)
java.lang.Runtime类

publicclass Runtime {

private static Runtime currentRuntime = new Runtime();

public static Runtime getRuntime() {

return currentRuntime;

}

private Runtime() {}

......

}

(2) 默认情况下，Spring会通过单例模式创建bean实例：

<bean id="date" class="java.util.Date"scope="singleton"/>

模式扩展：

饿汉式单例类



懒汉式单例类



饿汉式单例与懒汉式单例类比较
•饿汉式单例类在自己被加载时就将自己实例化。单从资源利用效率角度来讲，这个比懒汉式单例类稍差些。从速度和反应时间角度来讲，则比懒汉式单例类稍好些。
•懒汉式单例类在实例化时，必须处理好在多个线程同时首次引用此类时的访问限制问题，特别是当单例类作为资源控制器，在实例化时必然涉及资源初始化，而资源初始化很
有可能耗费大量时间，这意味着出现多线程同时首次引用此类的机率变得较大，需要通过同步化机制进行控制。

懒汉式单例模式的线程安全问题的解决方法

/**

* 懒汉式单例模式中的线程访问安全问题

*

* 1.当有多个线程同时访问getInstance方法获得对象时，可能会出现访问资源的错误，所以需要在里面加上动态锁

* 2.由于getInstance方法是静态方法，所以同步锁为Single.class

* 3.加上同步代码块之后可能会导致程序的效率降低，在同步代码块外面判断一次s是否为空。

* @author Yxx

*

*/

public class Singleton {

private Singleton (){}

private static Singleton singleton = null;

private static Single getInstance() //throws InterruptedException

{

if(singleton ==null){

synchronized (Singleton.class) {

if(singleton ==null){

// Thread.sleep(10);

singleton = new Singleton ();

}

}

}

return singleton ;

}

}