Java進階篇設計模式之一 ----- 單例模式

本篇文章主要介紹設計模式中的單例模式使用。有經典餓漢式和飽漢式，也包含最優的單例模式的介紹使用。 ...

前言

在剛學編程沒多久就聽說過設計模式的大名，不過由於當時還是個徹徹底底的菜鳥，並沒有去觸碰。直到在開始工作中對簡單的業務代碼較為熟悉之後，才正式的接觸設計模式。當時最早接觸的設計模式是工廠模式，不過本文講的是單例模式，這裡就留著下篇文章中在講解。至於為什麼先講解單例模式? 那是因為單例模式是設計模式中最簡單的... 。凡事總有個先後順序，所以就先易後難了。好了，廢話不多說了，開始進入正片。

設計模式簡介

說明：這裡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、經過分類編目的、代碼設計經驗的總結。

為什麼使用設計模式

使用設計模式是為了重用代碼、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。按照主要分類可以分為三大類:

一、創建型模式

這些設計模式提供了一種在創建對象的同時隱藏創建邏輯的方式，而不是使用 new運算符直接實例化對象。這使得程式在判斷針對某個給定實例需要創建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

二、結構型模式

這些設計模式關註類和對象的組合。繼承的概念被用來組合介面和定義組合對象獲得新功能的方式。

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

三、行為型模式

這些設計模式特別關註對象之間的通信。

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

開閉原則：對擴展開放，對修改關閉。
里氏代換原則：對開閉原則的補充。任何基類可以出現的地方，子類一定可以出現。LSP 是繼承復用的基石，只有當派生類可以替換掉基類，且軟體單位的功能不受到影響時，基類才能真正被覆用，而派生類也能夠在基類的基礎上增加新的行為。
依賴倒轉原則：針對介面編程，依賴於抽象而不依賴於具體。
介面隔離原則：儘量使用多個隔離的介面，為了降低類之間的耦合度。
迪米特法則：一個實體應當儘量少地與其他實體之間發生相互作用，使得系統功能模塊相對獨立。
合成復用原則：儘量使用合成/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而且該實例易於外界訪問。例如Windows界面的任務管理器就可以看做是一個單例。

單例模式的使用場景

在程式中比較常用的是資料庫連接池、線程池、日誌對象等等。

單例模式使用

最早我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)。
那我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為一個私有屬性,並加上static和final修飾符，然後通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數，然後定義一個公共的靜態方法，對該類的值進行空判斷，不為空直接返回，否則重新構建一個。

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，然後我們再來看看這兩種模式的優缺點吧。
餓漢式

優點：寫起來很簡單，並且不會因為不加synchronized關鍵字而造成的線程不安全問題。
缺點：當該類被載入的時候，會初始化該實例和靜態變數並被創建並分配記憶體空間，並且會一直占用記憶體。

飽漢式

優點：寫起來很簡單，在第一次調用的時候才會初始化，節省了記憶體。
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 飽漢式可以通過加上synchronized關鍵字保證線程安全。但是效率方法來說還不說是最優。

這裡在介紹下個人認為在JDK1.5之前最優的兩種寫法，一種是靜態內部類，另一種是雙重鎖檢查。

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，然後在內部類中定義一個該類的靜態變數，然後通過公共的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;
        }
   }

因為該類的內部類是私有的，除了對外公佈的公共靜態方法getInstance()，是無法訪問的。因為它是延遲載入，所以讀取讀取實例的時候不會進行同步，幾乎沒有性能的缺陷，而且還是線程安全的，並且不依賴JDK的版本。

雙重鎖檢查
定義一個私有構造方法，通過volatile定義靜態私有變數，保證了該變數的可見性，然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，不為空直接返回，提升效率；然後使用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創建後，再次重覆的被創建；然後第二次對該對象實例化時與否判斷，如果未初始化，則初始化，否則直接返回該實例。

  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可以說是最優的了，記憶體占用低，效率高，線程安全，多線程操作原子性。但是有個缺點就是書寫麻煩，對新手不太友好。

JDK1.5之後出現了枚舉，並且完美支持單例模式，並且線程安全、效率高！但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，看下麵的示例應該就可以瞭解一下了。。。

枚舉單例

 enum SingletonTest7{
        INSTANCE;
     }

對的，你沒看錯，就這點代碼，其它不需要了。。。
枚舉需要在JDK1.5之後的版本，它無償提供序列化機制，絕對防止多次實例化，即使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作者Josh Bloch 所提倡。

總結

單例模式的幾種使用就到這了，那麼我們來總結下使用單例模式需要註意什麼(不包括枚舉)。

構造方法私有化（private）;
定義一個私有(private)靜態(static)實例化對象;
對外提供一個公共(public)靜態(static)的方法得到該實例;

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作者：虛無境
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