單例模式的優缺點和使用場景

文章轉自:http://www.tools138.com/create/article/20150929/020009847.html

單利模式的優缺點和使用場景 

首先介紹一下單例模式： 
    單例模式（Singleton），也叫單子模式，是一種經常使用的軟件設計模式。在應用這個模式時，單例對象的類必須保證只有一個實例存在。許多時候整個系統只須要擁有一個的全局對象，這樣有利於咱們協調系統總體的行爲。好比在某個服務器程序中，該服務器的配置信息存放在一個文件中，這些配置數據由一個單例對象統一讀取，而後服務進程中的其餘對象再經過這個單例對象獲取這些配置信息。這種方式簡化了在複雜環境下的配置管理。 

實現單例模式的思路是： 
    一個類能返回對象一個引用(永遠是同一個)和一個得到該實例的方法（必須是靜態方法，一般使用getInstance這個名 稱）；當咱們調用這個方法時，若是類持有的引用不爲空就返回這個引用，若是類保持的引用爲空就建立該類的實例並將實例的引用賦予該類保持的引用；同時咱們 還將該類的構造函數定義爲私有方法，這樣其餘處的代碼就沒法經過調用該類的構造函數來實例化該類的對象，只有經過該類提供的靜態方法來獲得該類的惟一實例。 

須要注意的地方： 
    單例模式在多線程的 應用場合下必須當心使用。若是當惟一實例還沒有建立時，有兩個線程同時調用建立方法，那麼它們同時沒有檢測到惟一實例的存在，從而同時各自建立了一個實例， 這樣就有兩個實例被構造出來，從而違反了單例模式中實例惟一的原則。 解決這個問題的辦法是爲指示類是否已經實例化的變量提供一個互斥鎖(雖然這樣會下降效率)。 

優勢： 
    1.在單例模式中，活動的單例只有一個實例，對單例類的全部實例化獲得的都是相同的一個實例。這樣就 防止其它對象對本身的實例化，確保全部的對象都訪問一個實例 
    2.單例模式具備必定的伸縮性，類本身來控制實例化進程，類就在改變實例化進程上有相應的伸縮性。 
    3.提供了對惟一實例的受控訪問。 
    4.因爲在系統內存中只存在一個對象，所以能夠 節約系統資源，當 須要頻繁建立和銷燬的對象時單例模式無疑能夠提升系統的性能。 
    5.容許可變數目的實例。 
    6.避免對共享資源的多重佔用。 
缺點： 
    1.不適用於變化的對象，若是同一類型的對象老是要在不一樣的用例場景發生變化，單例就會引發數據的錯誤，不能保存彼此的狀態。 
    2.因爲單利模式中沒有抽象層，所以單例類的擴展有很大的困難。 
    3.單例類的職責太重，在必定程度上違背了「單一職責原則」。 
    4.濫用單例將帶來一些負面問題，如爲了節省資源將數據庫鏈接池對象設計爲的單例類，可能會致使共享鏈接池對象的程序過多而出現鏈接池溢出；若是實例化的對象長時間不被利用，系統會認爲是垃圾而被回收，這將致使對象狀態的丟失。 
使用注意事項： 
    1.使用時不能用反射模式建立單例，不然會實例化一個新的對象 
    2.使用懶單例模式時注意線程安全問題 
    3.餓單例模式和懶單例模式構造方法都是私有的，於是是不能被繼承的，有些單例模式能夠被繼承（如登記式模式） 
適用場景： 
    單例模式只容許建立一個對象，所以節省內存，加快對象訪問速度，所以對象須要被公用的場合適合使用，如多個模塊使用同一個數據源鏈接對象等等。如： 
    1.須要頻繁實例化而後銷燬的對象。 
    2.建立對象時耗時過多或者耗資源過多，但又常常用到的對象。 
    3.有狀態的工具類對象。 
    4.頻繁訪問數據庫或文件的對象。 
如下都是單例模式的經典使用場景： 
    1.資源共享的狀況下，避免因爲資源操做時致使的性能或損耗等。如上述中的日誌文件，應用配置。 
    2.控制資源的狀況下，方便資源之間的互相通訊。如線程池等。 
應用場景舉例： 
    1.外部資源：每臺計算機有若干個打印機，但只能有一個PrinterSpooler，以免兩個打印做業同時輸出到打印機。內部資源：大多數軟件都有一個（或多個）屬性文件存放系統配置，這樣的系統應該有一個對象管理這些屬性文件 
    2. Windows的Task Manager（任務管理器）就是很典型的單例模式（這個很熟悉吧），想一想看，是否是呢，你能打開兩個windows task manager嗎？ 不信你本身試試看哦~ 
    3. windows的Recycle Bin（回收站）也是典型的單例應用。在整個系統運行過程當中，回收站一直維護着僅有的一個實例。 
    4. 網站的計數器，通常也是採用單例模式實現，不然難以同步。 
    5. 應用程序的日誌應用，通常都何用單例模式實現，這通常是因爲共享的日誌文件一直處於打開狀態，由於只能有一個實例去操做，不然內容很差追加。 
    6. Web應用的配置對象的讀取，通常也應用單例模式，這個是因爲配置文件是共享的資源。 
    7. 數據庫鏈接池的設計通常也是採用單例模式，由於數據庫鏈接是一種數據庫資源。數據庫軟件系統中使用數據庫鏈接池，主要是節省打開或者關閉數據庫鏈接所引發的效率損耗，這種效率上的損耗仍是很是昂貴的，由於何用單例模式來維護，就能夠大大下降這種損耗。 
    8. 多線程的線程池的設計通常也是採用單例模式，這是因爲線程池要方便對池中的線程進行控制。 
    9. 操做系統的文件系統，也是大的單例模式實現的具體例子，一個操做系統只能有一個文件系統。 
    10. HttpApplication 也是單位例的典型應用。熟悉ASP.Net(IIS)的整個請求生命週期的人應該知道HttpApplication也是單例模式，全部的HttpModule都共享一個HttpApplication實例. 
　　 
實現單利模式的原則和過程： 
    1.單例模式：確保一個類只有一個實例，自行實例化並向系統提供這個實例 
    2.單例模式分類：餓單例模式（類加載時實例化一個對象給本身的引用），懶單例模式（調用取得實例的方法如getInstance時纔會實例化對象）（java中餓單例模式性能優於懶單例模式，c++中通常使用懶單例模式） 
    3.單例模式要素： 
        a.私有構造方法 
        b.私有靜態引用指向本身實例 
        c.以本身實例爲返回值的公有靜態方法 

1.餓漢式：單例實例在類裝載時就構建，急切初始化。（預先加載法） 

/**
* 餓漢式（推薦）
*
*/
public class Test {
        private Test() {
        }
        public static Test instance = new Test();
        public Test getInstance() {
                return instance;
        }
}

優勢 
    1.線程安全 
    2.在類加載的同時已經建立好一個靜態對象，調用時反應速度快 
缺點 
    資源效率不高，可能getInstance()永遠不會執行到，但執行該類的其餘靜態方法或者加載了該類（class.forName)，那麼這個實例仍然初始化 


2.懶漢式：單例實例在第一次被使用時構建，延遲初始化。 

class Test {
        private Test() {
        }
        public static Test instance = null;
        public static Test getInstance() {
                if (instance == null) {
              //多個線程判斷instance都爲null時，在執行new操做時多線程會出現重複狀況
                        instance = new Singleton2();
                }
                return instance;
        }
}

優勢： 
    避免了餓漢式的那種在沒有用到的狀況下建立事例，資源利用率高，不執行getInstance()就不會被實例，能夠執行該類的其餘靜態方法。 
缺點： 
    懶漢式在單個線程中沒有問題，但多個線程同事訪問的時候就可能同事建立多個實例，並且這多個實例不是同一個對象，雖而後面建立的實例會覆蓋先建立的實例，可是仍是會存在拿到不一樣對象的狀況。解決這個問題的辦法就是加鎖synchonized，第一次加載時不夠快，多線程使用沒必要要的同步開銷大。 

3.雙重檢測 

class Test {
        private Test() {
        }
        public static Test instance = null;

        public static Test getInstance() {
                if (instance == null) {
                        synchronized (Test.class) {
                                if (instance == null) {
                                        instance = new Test();
                                }
                        }
                }
                return instance;
        }
}

優勢 
    資源利用率高，不執行getInstance()就不被實例，能夠執行該類其餘靜態方法 
缺點 
    第一次加載時反應不快，因爲java內存模型一些緣由偶爾失敗 


4.靜態內部類 

class Test {
        private Test() {
        }

        private static class SingletonHelp {
                static Test instance = new Test();
        }

        public static Test getInstance() {
                return SingletonHelp.instance;
        }
}

優勢 
    資源利用率高，不執行getInstance()不被實例，能夠執行該類其餘靜態方法 
缺點 
    第一次加載時反應不夠快 

總結： 
    通常採用餓漢式，若對資源十分在乎能夠採用靜態內部類，不建議採用懶漢式及雙重檢測 


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