创建型模式之六——单例模式

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。

模式结构

单例模式只包含一个Singleton（单例角色）；在单例类的内部实现只生成一个实例，同时它提供一个静态的getInstance()工厂方法，让客户可以使用它的唯一实例；为了防止在外部对其实例化，将其构造函数设为私有；在单例类内部定义了一个Singleton类型的静态对象，作为外部共享的唯一实例。

实例

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

该实例类图如下所示：

public class IdentityCardNo {
private static IdentityCardNo instance;
private String no;

private IdentityCardNo()
{ }

public static IdentityCardNo getInstance() {
if (instance == null) {
System.out.println("第一次办理身份证，分配新号码");
instance = new IdentityCardNo();
instance.setIdentityCardNo("345963611245369");
}
else {
System.out.println("重复办理身份证，获取旧号码号码");
}

return instance;
}

private void setIdentityCardNo(String no) {
this.no = no;
}

public String getIdentityCardNo() {
return no;
}
}

// 测试类
public class Client {
public static void main(String[] args) {
IdentityCardNo no1, no2;

no1 = IdentityCardNo.getInstance();
no2 = IdentityCardNo.getInstance();

System.out.println("no1 == no2 ?　"　＋　（no1 == no2）);

String str1, str2;

str1 = no1.getIdentityCardNo();
str2 = no1.getIdentityCardNo();

System.out.println("第一次号码：" + str1);
System.out.println("第二次号码：" + str2);
System.out.println("内容是否相等:" + str.equalsIgnoreCase(str2));
System.out.println("是否是相同对象:" + (str1 == str2));
}
}

扩展

饿汉式单例

饿汉式单例是在Java语言中实现起来最为方便的单例类，饿汉式单例类结构图如下所示：



在这个类被加载时，静态变量instance会被初始化，此时类的私有构造函数会被调用，单例类的唯一实例将被创建，

懒汉式单例

public class LazySingleton {
private static LazySingleton instance = null;

private LazySingleton()
{ }

synchronized public static LazySingleton getInstance() {
if (instance == null)
instance = new LazySingleton();

return instance;
}

}

该懒汉式单例类实现静态工厂方法时使用了同步化机制，以处理多线程环境。

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讲，这个比懒汉式单例类稍差些。从速度和反应时间简单来讲，则比懒汉式单例类稍好些。然而，懒汉式单例类在实例化时，必须处理好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管理器，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，这就意味着多个线程同时首次引用此类的几率变得较大，需要通过同步化机制进行控制。