前言

Singleton設計模式，確保全局只存在一個該類的實例。將構造器聲明為private，防止調用(雖然還是可以使用反射來調用)。聲明一個靜態的類實例在類中，聲明一個公共的獲取實例的方法。這篇博文給出了簡單的實現方法，分析如何做到線程安全，整理了使用Singleton的壞處。

線程安全

方法一是線程安全的，在類被裝載的時候，就初始化這個成員，Java庫中Runtime就是用了這個方法。
方法二不是線程安全的。如果多個線程同時進入到函數中(臨界區)，那麼會返回多個不同的實例。

代碼驗證

以下代碼驗證了線程不安全，即多線程的情況下方法二不能保證真正的“單例”。通過列印每個類的hashCode來顯示，類實例不唯一。

class Singleton {
    private static Singleton singleton;

    private Singleton() {}

    public static Singleton getInstance() {
        if (singleton == null) {
            try {
                Thread.sleep(233);
                singleton = new Singleton();
            }
            catch (Exception e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }
        return singleton;
    }
}

public class Main {
    public static void main(String args[]) {
        for (int i = 0; i < 10; i++) {
            new Thread(new Runnable() {
                public void run() {
                    Singleton singleton = Singleton.getInstance();
                    System.out.println(singleton.hashCode());
                }
            }).start();
        }
    }
}

解決方案

一種簡單的處理方法是，將getInstance聲明為synchronized的，效率低，因為每一個線程都在等待進入臨界區。

另一種方法叫做Double Checked Locking(DCL)，將公共變數聲明為volatile(每次要使用這個變數的時候，從記憶體中取出來，保證各個線程可以看到這個變數的修改)。

class Singleton {
    private volatile static Singleton singleton;

    private Singleton() {}

    public static Singleton getInstance() {
        if (singleton == null) {
            try {
                Thread.sleep(233);
                synchronized (Singleton.class) {
                    if (singleton == null) {
                        singleton = new Singleton();
                    }
                }
            }
            catch (Exception e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }
        return singleton;
    }
}

壞處

有啥壞處，別怪這個設計模式，都是全局變數的錯。

1, 全局變數

Singleton管理公共的資源，在代碼中的任何地方，只要調用Singleton的獲取實例的方法，就可以獲取到Singleton的實例，可以對這些公共資源的讀寫。這讓Singleton成為了一個全局變數。

全局變數的壞處，也是Singleton的壞處。全局變數自有全局變數的使用情景和優點，要分開兩面看待，這裡只講壞處並非想說全局變數一無是處。

在分析全局變數的壞處之前，在[2]下麵看到了一個特別有意思的比喻：

Using global state with your fellow programmers is like using the same toothbrush with your friends - you can but you never know when someone will decide to shove it up his bum.

我想這位老兄說出這個觀點，大概是用過異味的牙刷吧。為何不用規範來約束一同使用全局變數的人呢？

這位老兄道出了全局變數的本質，任何人可以用它做任何事，給整個程式帶來了極大的不確定性。網上關於全局變數的壞處討論很多，下麵整理了一些，雖然並非都很壞：

1. 代碼耦合程度更高。假設一些函數依賴於全局變數的狀態，這些函數通過這個全局變數聯繫到一起。一個函數的修改對另一個函數的讀取存在影響，這些函數在無形中聯繫到了一起。
2. 給測試帶來困難。全局變數存儲了一些狀態，需要安排好模塊的運行順序才可以正確的測試。可是，單元測試應該是相互獨立的，而非有順序的。
3. 多線程的寫入的時候，要互斥。
4. 破壞了函數的輸入輸出功能。拿全局變數來讀輸入，寫輸出。
5. 命名衝突。
6. 可讀性降低。要理解一個函數，還需要去跟蹤使用到的全局變數的來龍去脈。

2, 破壞了單一職責原則

定義：就一個類而言，應該僅有一個引起它變化的原因

當一個類使用了Singleton的時候，它不僅負責這個類需要完成的任務，還負責這個單一對象資源的創建和管理。這個類的函數做兩項任務，相關性低。

這一點算不上太壞。畢竟設計原則並不總是需要遵守的。

正確使用

上面講了壞處，核心要義是避免將Singleton用作全局變數。Singleton的使用場景是什麼呢？

回到Singleton的本質作用上來，只需要一個這個類的實例。前面講這個設計模式破壞了單一職責原則，因為需要管理這個實例。

所以歸結起來使用這個設計模式的兩個原因：

(1) 單個實例

(2) 實例的管理

在[1]中講了使用Singleton的一個具體例子。那就是日誌(log)。因為log和代碼的實質功能並不會產生耦合，所以是否開啟log對於系統的功能沒有太大的影響。

參考鏈接

1. https://stackoverflow.com/questions/228164/on-design-patterns-when-should-i-use-the-singleton
2. https://softwareengineering.stackexchange.com/questions/148108/why-is-global-state-so-evil
3. https://stackoverflow.com/questions/26285520/implementing-singleton-with-an-enum-in-java
4. https://stackoverflow.com/questions/137975/what-is-so-bad-about-singletons?page=1&tab=votes#tab-top