設計模式之單例模式

目錄：

• 什麼是單例模式
• 單例模式的應用場景
• 單例模式的優缺點
• 單例模式的實現
• 總借

1、什麼是單例模式

　　單例模式顧名思義就是隻存在一個實例，也就是系統代碼中只須要一個對象的實例應用到全局代碼中，有點相似全局變量。例如，在系統運行時，系統須要讀取配置文件中的參數，在設計系統的時候讀取配置文件的類每每設計成單例類。由於系統從啓動運行到結束，只須要讀取一次配置文件，這個讀取配置文件所有由該類負責讀取，在全局代碼中只須要使用該類便可。這樣不只簡化了配置文件的管理，也避免了代碼讀取配置文件數據的不一致性。

 

 單例模式的特色：

　　一、該類的構造方法聲明爲private，這樣其餘類沒法初始花該類，只能經過該類的public方法獲取該類的對象。

　　二、裏面有個私有的對象成員，該成員對象是類自己，用於public方法返回該類的實例。

　　三、該類中提供一個public的靜態方法，返回該類的私有成員對象。

 

2、單例的應用場景

 

  舉一個小例子，在咱們的windows桌面上，咱們打開了一個回收站，當咱們試圖再次打開一個新的回收站時，Windows系統並不會爲你彈出一個新的回收站窗口。，也就是說在整個系統運行的過程當中，系統只維護一個回收站的實例。這就是一個典型的單例模式運用。

 

  繼續說回收站，咱們在實際使用中並不存在須要同時打開兩個回收站窗口的必要性。假如我每次建立回收站時都須要消耗大量的資源，而每一個回收站之間資源是共享的，那麼在沒有必要屢次重複建立該實例的狀況下，建立了多個實例，這樣作就會給系統形成沒必要要的負擔，形成資源浪費。

 

  再舉一個例子，網站的計數器，通常也是採用單例模式實現，若是你存在多個計數器，每個用戶的訪問都刷新計數器的值，這樣的話你的實計數的值是難以同步的。可是若是採用單例模式實現就不會存在這樣的問題，並且還能夠避免線程安全問題。一樣多線程的線程池的設計通常也是採用單例模式，這是因爲線程池須要方便對池中的線程進行控制

 

  一樣，對於一些應用程序的日誌應用，或者web開發中讀取配置文件都適合使用單例模式，如HttpApplication 就是單例的典型應用。

 

  從上述的例子中咱們能夠總結出適合使用單例模式的場景和優缺點：  

 

   適用場景：

　　1.須要生成惟一序列的環境

　　2.須要頻繁實例化而後銷燬的對象。

　　3.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。 

　　4.方便資源相互通訊的環境

 

 

3、單例模式的優缺點

　　優勢：

　　　　一、在內存中只有一個對象，節省內存空間；

　　　　二、避免頻繁的建立銷燬對象，能夠提升性能；

　　　　三、避免對共享資源的多重佔用，簡化訪問；

　　　　四、爲整個系統提供一個全局訪問點。

　　缺點：

　　　　一、不適用於變化頻繁的對象；

　　　　二、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；

　　　　三、若是實例化的對象長時間不被利用，系統會認爲該對象是垃圾而被回收，這可能會致使對象狀態的丟失；

 

4、單例模式的實現

　　一、餓漢式

public class Mgr{
    //建立本身的實例，並初始化私有靜態final成員
    private static final Mgr mgr = new Mgr();
    //私有構造方法
    private Mgr() {}; 
    //公共方法，返回本身的實例化成員
    public static Mgr getMgr() { 
        return  mgr;
    }
}

　　備註：該單例實現方法簡單明瞭，推薦使用。該類被JVM加到內存的時候，只會加載一次，而且只實例化一個單例，優勢是具備線程安全性，缺點是：不用他也在內存中實例化，浪費內存。因此提出了懶散式實現方式。

　　二、懶漢式

public class Mgr{
   //聲明私有靜態對象成員，做爲返回值
    private static Mgr mgr;
   //私有構造函數
    private Mgr() {}; 
   //懶漢的特色，提供公共靜態方法，若是該成員對象爲空，實例化並返回
    public static Mgr getMgr() {
        if(mgr == null){
            mgr =  = new Mgr();
        }
         return  mgr;
     }
}

　　備註：（不推薦用）這種實現方法只有程序在調用該類的getMgr方法才實例話對象並返回，特色就是調用的時候再實例化並返回，延遲加載的被動形式。可是該實現方法不是線程安全的，由於當同時有有兩個線程執行到if(mgr==null)語句的時候，因爲某些緣由其中一個線程先一步執行下一句，實例化了對象並返回；兩一個線程再實例化對象在返回，這兩個線程返回的對象不是同一個對象（這難道仍是單例嗎！），因此該實現方法的缺點也很明顯。那爲了不線程不安全問題，在懶漢寫法上提出加鎖的實現方式。

　　三、給公共方法加鎖

public class Mgr{
    //聲明私有靜態對象成員，做爲返回值
    private static Mgr mgr;
    //私有構造函數
    private Mgr() {}; 
    //給公共方法加鎖，只有一個線程第一次得到鎖實例化對象並返回
    public static syncnronized Mgr getMgr() {
        if(mgr == null){
            mgr = new Mgr();
        }
        return  mgr;
   }
}

　　備註：（推薦使用）這種實現方式比較完善，既保證了懶散式的延遲加載方式，也保證了線程安全。缺點是在整個方法上加鎖，致使性能降低。由於只有第一次得到鎖的線程實例化對象並返回，之後的線程得到鎖的時候執行 if（mgr == null）語句的時候，因爲mgr已經實例化了不爲空，直接跳過返回實例。整個過程要競爭鎖，不能併發執行致使性能降低。那爲優化性能降低問題，那我只在mgr = new Mgr（）上加鎖，保證鎖粒度最小化的同時保證單例實例化。

　　四、給實例化加鎖

public class Mgr{
    //私有靜態成員對象
    private static Mgr mgr;
    //私有構造函數
    private Mgr() {}; 
    //公共方法，在實例化語句塊加鎖，保證單例
    public static  Mgr getMgr() {
        if(mgr == null){
            syncnronized（Mgr.class）{
                mgr = new Mgr();
            }
        }
         return  mgr;
  }
}

　　備註：（不推薦使用）該實現方法雖然相較方法3性能有所提高，但並不能保證線程安全。由於當兩個線程同時執行if（mgr == null）語句時，其中線程1獲取鎖，實例化對象並返回，線程2在得到鎖又在實例化對象並返回。線程1和線程2獲取的對象並非同一個。因此在此基礎上提出了雙重判斷方式。

五、雙重判斷加鎖

public class Mgr{
    //私有靜態成員對象
    private static  Mgr mgr;
    //私有構造函數
    private Mgr() {}; 
    //公共方法提供雙重判斷並在實例化代碼塊加鎖
    public static  Mgr getMgr() {
        if(mgr == null){ //第一次判斷
            syncnronized（Mgr.class）{
                if（mgr == null）{ //第二次判斷
                    mgr =  = new Mgr();
                }      
            }
        }
         return  mgr;
  }
}

　　備註：（推薦使用）相較於方法4，該方法雙重斷定，若是多線程同時執行到第一次判斷語句位置，其中一個線程得到鎖，因爲是第一次該對象成員爲空，實例化後並返回。其後其它線程調用公共方法的時候，因爲實例化了，在第一次判斷自接返回實例，不在產生鎖競爭。大大提升了效率，保證了線程的安全性，也保證了延遲加載的特性。

 六、靜態內部類

public class Mgr{
    private Mgr() {};
    //定義靜態內部類
    private static class MgrHolder{
        private final static Mgr mgr = new Mgr();
    } 
    //公共方法直接返回靜態內部類的實例對象
    public static  Mgr getMgr() {
        return  MgrHolder.mgr;
  }
}

　　備註：（可以使用）該實現方法經過JVM來保證線程安全性，靜態內部類MgrHolder來New一個Mgr對象，JVM只會加載一次Mgr類（靜態內部類不會加載），當類調用getMgr方法的時候，也只會調用一次，公共方法調用靜態內部類，獲取一個對象（也是實現懶加載）。因此也是線程安全的。

七、枚舉類單例模式

public enum Mgr{
    mgr;
    public void m(){} //業務方法
}

　　備註：（推薦使用）jdk1.5以後才能正常達到單例效果，參考來自《Effective Java》。注意枚舉類的枚舉變量必須寫在第一行，後面實現業務代碼。調用方式是：Mgr.mgr.Function_Name();具有枚舉類型的特色，有點是：線程同步，防止反序列化。

5、總結

　　經過上面幾種單例模式的實現方式的列舉，可是在實際應用中其中的2，3，4三種方式並不適用，列出來只是讓讀者更好的理解方式5的由來，起到拋磚引玉的做用，更好的理解單例模式。總之經常使用的四種，懶漢，雙重校驗鎖，靜態內部類，枚舉單例。

　　餓漢：類加載的時候就建立實例，因此是線程安全的，但不能延遲加載。

　　雙重校驗鎖：線程安全，效率較高，延遲加載。

　　靜態內部類：實現起來比較麻煩，在不一樣的編譯器上會出現不可預知的錯誤。

　　枚舉單例：很好，不只避免了多線程同步問題，並且能反正反序列化從新建立對象，可是不能延遲加載，用的人少。

 

• 讀者發現有什麼有問題的地方謝謝留言指正。部分參考自：http://www.javashuo.com/article/p-cepwhzca-dm.html