Java進階篇設計模式之一 ----- 單例模式

前言

在剛學編程沒多久就據說過設計模式的大名，不過因爲當時仍是個不折不扣的菜鳥，並無去觸碰。直到在開始工做中對簡單的業務代碼較爲熟悉以後，才正式的接觸設計模式。當時最先接觸的設計模式是工廠模式，不過本文講的是單例模式，這裏就留着下篇文章中在講解。至於爲何先講解單例模式? 那是由於單例模式是設計模式中最簡單的... 。凡事總有個前後順序，因此就先易後難了。好了，廢話很少說了，開始進入正片。

設計模式簡介

說明：這裏說了的簡介就是真的 「簡介」。

什麼是設計模式

設計模式是一套被反覆使用的、多數人知曉的、通過分類編目的、代碼設計經驗的總結。

爲何使用設計模式

使用設計模式是爲了重用代碼、讓代碼更容易被他人理解、保證代碼可靠性。

設計模式類型

設計模式有23種類型。按照主要分類能夠分爲三大類:

1、建立型模式

這些設計模式提供了一種在建立對象的同時隱藏建立邏輯的方式，而不是使用 new運算符直接實例化對象。這使得程序在判斷針對某個給定實例須要建立哪些對象時更加靈活。

• 單例模式
• 工廠模式
• 抽象工廠模式
• 建造者模式
• 原型模式

2、結構型模式

這些設計模式關注類和對象的組合。繼承的概念被用來組合接口和定義組合對象得到新功能的方式。

• 適配器模式
• 橋接模式
• 過濾器模式
• 組合模式
• 裝飾器模式
• 外觀模式
• 享元模式
• 代理模式

3、行爲型模式

這些設計模式特別關注對象之間的通訊。

• 責任鏈模式
• 命令模式
• 解釋器模式
• 迭代器模式
• 中介者模式
  
• 備忘錄模式
• 觀察者模式
• 狀態模式
• 空對象模式
• 策略模式
• 模板模式
• 訪問者模式

設計模式的原則

設計模式的六大原則

1. 開閉原則：對擴展開放，對修改關閉。
2. 里氏代換原則：對開閉原則的補充。任何基類能夠出現的地方，子類必定能夠出現。LSP 是繼承複用的基石，只有當派生類能夠替換掉基類，且軟件單位的功能不受到影響時，基類才能真正被複用，而派生類也可以在基類的基礎上增長新的行爲。
3. 依賴倒轉原則：針對接口編程，依賴於抽象而不依賴於具體。
4. 接口隔離原則：儘可能使用多個隔離的接口，爲了下降類之間的耦合度。
5. 迪米特法則：一個實體應當儘可能少地與其餘實體之間發生相互做用，使得系統功能模塊相對獨立。
6. 合成複用原則：儘可能使用合成/聚合的方式，而不是使用繼承。

單例模式

什麼是單例模式

保證一個系統中的某個類只有一個實例並且該實例易於外界訪問。例如Windows界面的任務管理器就能夠看作是一個單例。

單例模式的使用場景

在程序中比較經常使用的是數據庫鏈接池、線程池、日誌對象等等。

單例模式使用

最先咱們在學習單例模式的時候，基本都會接觸這兩種模式：餓漢式和飽漢式(懶漢式)。
那咱們先來看看這兩個模式的實現。

餓漢式
定義一個私有的構造方法，並將自身的實例對象設置爲一個私有屬性,並加上static和final修飾符，而後經過公共的靜態方法調用返回實例。

class SingletonTest1 {  

    private SingletonTest1() {  
    }  
    private static final SingletonTest1 instance = new SingletonTest1();  

    public static SingletonTest1 getInstance() {  
        return instance;  
    }  
}

飽漢式
定義一個私有的構造方法，定義一個該類靜態私有的變量，而後定義一個公共的靜態方法，對該類的值進行空判斷，不爲空直接返回，不然從新構建一個。

class SingletonTest2 {

     private SingletonTest2() {   
     }   

     private static SingletonTest2 instance;   

     public static SingletonTest2 getInstance() {   
         if (instance == null) {
            instance = new SingletonTest2();
        }   
         return instance;   
     }   
 }

簡單的介紹了這兩種的模式，而後咱們再來看看這兩種模式的優缺點吧。
餓漢式

• 優勢：寫起來很簡單，而且不會由於不加synchronized關鍵字而形成的線程不安全問題。
• 缺點：當該類被加載的時候，會初始化該實例和靜態變量並被建立並分配內存空間，而且會一直佔用內存。

飽漢式

• 優勢：寫起來很簡單，在第一次調用的時候纔會初始化，節省了內存。
• 缺點：線程不安全，多個線程調用可能會出現多個實例。
• 總結：書寫簡單，線程不安全，效率還行。

雖然 飽漢式能夠經過加上synchronized關鍵字保證線程安全。可是效率方法來講還不說是最優。

這裏在介紹下我的認爲在JDK1.5以前最優的兩種寫法，一種是靜態內部類，另外一種是雙重鎖檢查。

靜態內部類
定義一個私有的構造方法，定義一個該類私有靜態的內部類，而後在內部類中定義一個該類的靜態變量，而後經過公共的final修飾的靜態方法調用返回實例。

class  SingletonTest4 {
      private SingletonTest4(){
        }
       private static class SingletonTest5{
           private static SingletonTest4 instance = new SingletonTest4();
        }
        public static final SingletonTest4 getInstance(){
            return SingletonTest5.instance;
        }
   }

由於該類的內部類是私有的，除了對外公佈的公共靜態方法getInstance()，是沒法訪問的。由於它是延遲加載，因此讀取讀取實例的時候不會進行同步，幾乎沒有性能的缺陷，並且仍是線程安全的，而且不依賴JDK的版本。

雙重鎖檢查
定義一個私有構造方法，經過volatile定義靜態私有變量，保證了該變量的可見性，而後定義一個共有的靜態方法，第一次對該對象實例化時與否判斷，不爲空直接返回，提高效率；而後使用synchronized 進行同步代碼塊，防止對象未初始化時，在多線程訪問該對象在第一次建立後，再次重複的被建立；而後第二次對該對象實例化時與否判斷，若是未初始化，則初始化，不然直接返回該實例。

class SingletonTest6 { 
        private SingletonTest6() { 
        }   
        private static volatile SingletonTest6 instance;  
        public static SingletonTest6 getIstance() { 
            if (instance == null) {
                synchronized (SingletonTest6.class) {
                    if (instance == null) {
                        instance = new SingletonTest6();   
                    }   
                }   
            }   
            return instance;   
        }   
    }

這種模式在很長的一段時間內能夠說是最優的了，內存佔用低，效率高，線程安全，多線程操做原子性。可是有個缺點就是書寫麻煩，對新手不太友好。

JDK1.5以後出現了枚舉，而且完美支持單例模式，而且線程安全、效率高！可是這些不是最重要的，最重要的是書寫超級簡單！究竟有多簡單，看下面的示例應該就能夠了解一下了。。。

枚舉單例

enum SingletonTest7{
        INSTANCE;
     }

對的，你沒看錯，就這點代碼，其它不須要了。。。
枚舉須要在JDK1.5以後的版本，它無償提供序列化機制，絕對防止屢次實例化，即便在面對複雜的序列化或者反射攻擊的時候。這種方法也被Effective Java做者Josh Bloch 所提倡。

總結

單例模式的幾種使用就到這了，那麼咱們來總結下使用單例模式須要注意什麼(不包括枚舉)。

1. 構造方法私有化（private）;
2. 定義一個私有(private)靜態(static)實例化對象;
3. 對外提供一個公共(public)靜態(static)的方法獲得該實例;

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