設計模式之單件模式

来源:https://www.cnblogs.com/Trojan00/archive/2019/08/10/11331558.html
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今天我們來看一下單件模式，這個模式是所有模式中類圖最簡單的哦！ 為什麼用單件模式： 有些對象我們只需要一個，比如：連接池、緩存、對話框、和註冊表對象、日誌對 象等對象。事實上，這類對象只能有一個實例，如果製造出多個實例，就會導致許 多問題產生，例如：程式的行為異常、資源使用過量，或者是不一致的結果。 ...


今天我們來看一下單件模式，這個模式是所有模式中類圖最簡單的哦！

為什麼用單件模式：

           有些對象我們只需要一個，比如：連接池、緩存、對話框、和註冊表對象、日誌對

           象等對象。事實上，這類對象只能有一個實例，如果製造出多個實例，就會導致許

           多問題產生，例如：程式的行為異常、資源使用過量，或者是不一致的結果。也就

          是為了防止多次 New 對象。

從一個簡單的單件模式入門：

 

 1 public class Singleton {
 2     private static Singleton uniqueInstance;
 3  
 4     // other useful instance variables here
 5  
 6     private Singleton() {}
 7  
 8     public static Singleton getInstance() {
 9         if (uniqueInstance == null) {
10             uniqueInstance = new Singleton();
11         }
12         return uniqueInstance;
13     }
14  
15     // other useful methods here
16     public String getDescription() {
17         return "I'm a thread safe Singleton!";
18     }
19 }

 

在這裡主要註意的點有：

               第二行：利用一個靜態變數來記錄Singleton類的唯一實例；

               第六行：把構造器聲明為私有的，只有字Singleton類內才可以調用構造器；

               第八行至第十三行：用getInstance()方法實例化對象並返回這個示例（如果

                                             uniqueInstance是空的則利用私有構造器產生一個Sin-

                                             gleton實例，否則表示已經有了實例，並將uinqueIns-

                                             tance當返回值）。

讓我們寫一個測試類（Main.java）：

1 public class Main {
2 
3     public static void main(String[] args) {
4         Singleton singleton = Singleton.getInstance();
5         System.out.println(singleton.getDescription());
6     }
7 }

結果展示：

 

單件模式：確保一個類只有一個實例，並提供一個全局訪問點。

好啦，我們從上面的示例簡單學習了單件模式；現在讓我們來看一個更加複雜的示例

（巧克力工廠）：

 1 public class ChocolateBoiler {
 2     private boolean empty;
 3     private boolean boiled;
 4   
 5     private ChocolateBoiler() {
 6         empty = true;    //剛開始鍋爐是空的
 7         boiled = false;
 8     }
 9 
10     public void fill() {
11         if (isEmpty()) { //在鍋爐內填入原料時，鍋爐必須是空的。一旦填入原料，就把empty和boiled標誌設置好
12             empty = false; 
13             boiled = false;
14             //在鍋爐內填滿巧克力和牛奶的混合物
15         }
16     }
17  
18     public void drain() {//鍋爐排出時，必須是滿的（不可以是空的）而且是煮沸過的。排出完畢後，吧empty設置為true
19         if (!isEmpty() && isBoiled()) {
20             // 排出煮沸的巧克力和牛奶
21             empty = true;
22         }
23     }
24  
25     public void boil() { //煮混合物時，鍋爐必須是滿的，並且是沒有煮過的。一旦煮沸後，就把boiled設為true
26         if (!isEmpty() && !isBoiled()) {
27             // 將爐內物煮沸
28             boiled = true;
29         }
30     }
31   
32     public boolean isEmpty() {
33         return empty;
34     }
35  
36     public boolean isBoiled() {
37         return boiled;
38     }
39 }

我們在有意識地防止不好的事情發生，但是如果同時存在兩個ChocolateBoiler實例，

可能就會發生很糟糕的事情哦！

所以我們把這個類設計成單件：

 1 public class ChocolateBoiler {
 2     private boolean empty;
 3     private boolean boiled;
 4     private static ChocolateBoiler uniqueInstance;
 5   
 6     private ChocolateBoiler() {
 7         empty = true;
 8         boiled = false;
 9     }
10   
11     public static ChocolateBoiler getInstance() {
12         if (uniqueInstance == null) {
13             System.out.println("Creating unique instance of Chocolate Boiler");
14             uniqueInstance = new ChocolateBoiler();
15         }
16         System.out.println("Returning instance of Chocolate Boiler");
17         return uniqueInstance;
18     }
19 
20     public void fill() {
21         if (isEmpty()) {
22             empty = false;
23             boiled = false;
24             // fill the boiler with a milk/chocolate mixture
25         }
26     }
27  
28     public void drain() {
29         if (!isEmpty() && isBoiled()) {
30             // drain the boiled milk and chocolate
31             empty = true;
32         }
33     }
34  
35     public void boil() {
36         if (!isEmpty() && !isBoiled()) {
37             // bring the contents to a boil
38             boiled = true;
39         }
40     }
41   
42     public boolean isEmpty() {
43         return empty;
44     }
45  
46     public boolean isBoiled() {
47         return boiled;
48     }
49 }

測試類（Main.java）:

 1 public class ChocolateController {
 2     public static void main(String args[]) {
 3         ChocolateBoiler boiler = ChocolateBoiler.getInstance();
 4         boiler.fill();
 5         boiler.boil();
 6         boiler.drain();
 7 
 8         // 將返回已存在的實例，也就是boiler
 9         ChocolateBoiler boiler2 = ChocolateBoiler.getInstance();
10     }
11 }

 

我們現在模仿了第一個項目，把它做成了單件，但是現在的這個類完美嗎？不！當然

不完美，這不問題出現了：這個機器竟然允許在加熱的時候繼續加原料。

我們現在化身為JVM老看看問題出在哪裡吧：

 

現在讓我們開始解決問題，處理多線程（延遲同步，讀完下麵按段話就懂嘍）：

方法①：

 1 public class Singleton {
 2     private static Singleton uniqueInstance;
 3 
 4     private Singleton() {}
 5 
 6     public static synchronized Singleton getInstance() {
 7         if (uniqueInstance == null) {
 8             uniqueInstance = new Singleton();
 9         }
10         return uniqueInstance;
11     }
12 
13     //其他代碼
14 }

第六行：通過增加synchronized關鍵字到getInstance()方法中，我們迫使每個線程在

進入這個方法之前，要先等候別的線程離開該方法。也就是說，不會有兩個線程可同時

進入這個方法。

 

但是，我們是否能改善多線程呢？

      方法②（使用“急切”創建實例，而不是延遲實例的方法）：

 1 public class Singleton {
 2     private static Singleton uniqueInstance = new Singleton();
 3 
 4     private Singleton() {}
 5 
 6     public static synchronized Singleton getInstance() {
 7         return uniqueInstance;
 8     }
 9 
10     //其他代碼
11 }

        方法③（雙重檢查加鎖，在getInstance()中減少使用同步）：

 1 public class Singleton {
 2     private volatile static Singleton uniqueInstance； 
 3 
 4     private Singleton() {}
 5 
 6     public static synchronized Singleton getInstance() {
 7         if (uniqueInstance == null) {
 8             synchronized(Singleton.class){
 9                if(uniqueInstance == null){
10                    uniqueInstance = new Singleton();
11                }
12             }
13         }
14         return uniqueInstance;
15     }
16 
17     //其他代碼
18 }

註：volatile關鍵詞確保：當uniqueInstance變數被初始化成Singleton實例時，多個

       縣城正確的處理uniqueInstance變數。

我們現在來對比一下三個方法：

       方法①同步getInstance方法：

                  這是保證可行的最直接的做法，對於巧克力鍋爐似乎沒有性能的考慮，所

                  以可以用這個方法

       方法②急切實例化：

                 我們一定需要用到一個巧克力鍋爐，所以靜態的初始化實力並不是不行的。

                 雖然對於採用標準模式的開發人員來說，此做法可能稍微陌生一點兒。但也

                 是可行的。

       方法③雙重檢查加鎖：

                 由於沒有性能上的考慮，所以這個方法似乎殺雞用了牛刀。另外，採用這個方法還得確定使用的是Java5以上的版本。

 


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