《Head First设计模式》第五章笔记-单件模式

港控/mmm° 2022-03-18 12:46 211阅读 0赞

### 单件模式 ###

**定义：**确保一个类只有一个实例，并提供全局访问点。

编写格式：

<table> 
 <tbody> 
 <tr> 
 <td> 1 2 3 4 5 6 </td> 
 <td> <code>public</code> <code>class</code> <code>MyClass{ </code> <code>&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;</code><code>private</code> <code>MyClass(){}</code><code>//构造方法私有化</code> <code>&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;</code><code>public</code> <code>static</code> <code>MyClass getInstance(){&nbsp;&nbsp;</code><code>//提供全局访问点</code> <code>&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;</code><code>return</code> <code>new</code> <code>MyClass();</code> <code>&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;</code><code>}</code> <code>}</code> </td> 
 </tr> 
 </tbody> 
</table>

有一些对象其实我们只需要一个，比如线程池、缓存、对话框、处理偏好设置和注册表的对象、日志对象。如果制造出多个实例，就会导致程序的行为异常、资源使用过量，或者不一致的结果等。

**单件模式实现1：延迟实例化**

懒汉式

<table> 
 <tbody> 
 <tr> 
 <td> 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 </td> 
 <td> <code>public</code> <code>class</code> <code>Singleton{ </code> <code>&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;</code><code>private</code> <code>static</code> <code>Singleton uniqueInstance;</code><code>//创建一个静态变量来记录Singleton类的唯一实例</code> <code>&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;</code><code>//。。。其他实例变量</code> <code>&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;</code><code>private</code> <code>Singleton (){}</code><code>//私有构造方法</code> <code>&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;</code><code>//使用getInstance()方法实例化对象</code> <code>&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;</code><code>public</code> <code>static</code> <code>Singleton getInstance(){ </code> <code>&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;</code><code>if</code><code>(uniqueInstance==</code><code>null</code><code>){ </code><code>//判断uniqueInstance是否为空，为空则创建实例</code> <code>&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;</code><code>uniqueInstance=</code><code>new</code> <code>Singleton();</code> <code>&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;</code><code>}</code> <code>&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;</code><code>return</code> <code>uniqueInstance;</code> <code>&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;</code><code>}</code> <code>&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;</code><code>//...其余方法</code> <code>}</code> </td> 
 </tr> 
 </tbody> 
</table>

类图：

![format_png][]

“延迟实例化”在我们不需要这个实例的时候它将不会产生。

上面的方法的确实现了单件模式，但是在某些情况下将出现一些严重的问题，例如：

在多线程的情况下，可能会创建多个对象。怎么解决多线程单件问题呢？下面有三种方法：

**单件模式实现2：通过synchronized关键字解决多线程问题**

<table> 
 <tbody> 
 <tr> 
 <td> 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 </td> 
 <td> <code>class</code> <code>Singleton</code> <code>{ </code> <code>&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;</code><code>private</code> <code>static</code> <code>Singleton singleton;</code> <code>&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;</code><code>private</code> <code>Singleton(){}</code> <code>&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;</code><code>//synchronized关键字迫使每个线程在进入方法前，要先等候别的线程离开该方法</code> <code>&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;</code><code>public</code> <code>static</code> <code>synchronized</code> <code>Singleton getInstance()</code> <code>&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;</code><code>{ </code> <code>&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;</code><code>if</code><code>(singleton ==&nbsp;</code><code>null</code><code>)</code> <code>&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;</code><code>{ </code> <code>&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;</code><code>singleton =&nbsp;</code><code>new</code> <code>Singleton();</code> <code>&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;</code><code>}</code> <code>&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;</code><code>return</code> <code>singleton;</code> <code>&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;</code><code>}</code> <code>}</code> </td> 
 </tr> 
 </tbody> 
</table>

同步（synchronized）可以解决多线程存在的问题，但是同步会降低性能，且第一次执行此方法时才真正需要同步，一旦设置好uniqueInstance变量，就不再需要同步这个方法了，之后每次调用这个方法，同步都是一种累赘。

建议：

1.如果getInstance()d的性能对应用程序不是很关键，则可以忽略同步带来的性能下降问题。

2.同步一个方法可能会让程序执行效率下降100倍，如果getInstance()是程序使用在频繁运行的地方则不建议这样使用。

3.如果应用程序总是创建并使用单件实例或创建运行时的负担**不太繁重**，可以使用“急切实例化”创建实例，而不用“延迟实例化”的做法。

**单件模式实现3：急切实例化**

饿汉式

<table> 
 <tbody> 
 <tr> 
 <td> 1 2 3 4 5 6 7 8 </td> 
 <td> <code>public</code> <code>class</code> <code>Singleton{ </code> <code>&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;</code><code>//在静态初始化器中创建单件，且保证了线程安全</code> <code>&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;</code><code>private</code> <code>static</code> <code>Singleton uniqueInstance=</code><code>new</code> <code>Singleton();</code> <code>&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;</code><code>private</code> <code>Singleton(){}</code> <code>&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;</code><code>public</code> <code>static</code> <code>Singleton getInstance(){ </code> <code>&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;</code><code>return</code> <code>uniqueInstance;</code> <code>&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;</code><code>}</code> <code>}</code> </td> 
 </tr> 
 </tbody> 
</table>

利用这个做法，我们依赖JVM在加载这个类时马上创建此唯一的单件实例。JVM保证在任何线程访问uniqueInstance静态变量之前，一定先创建此实例。

**单件模式实现4：双重检查加锁**

使用双重检查加锁（double-checked locking），首先检查实例是否已经创建了，如果尚未创建，才进行同步。这样一来，只有第一次会同步。

<table> 
 <tbody> 
 <tr> 
 <td> 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 </td> 
 <td> <code>//在getInstance()中减少使用同步</code> <code>//注意：双重检查加锁不适用于java1.4以及之前的版本，因为Volatile关键字会导致双重检查加锁失效</code> <code>class</code> <code>Singleton</code> <code>{ </code> <code>&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;</code><code>//Volatile修饰的成员变量在每次被线程访问时，都强迫从共享内存中重读该成员变量的值。</code> <code>&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;</code><code>//即阻止线程为了优化性能而保有变量的私有拷贝</code> <code>&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;</code><code>private</code> <code>volatile</code> <code>static</code> <code>Singleton singleton;</code> <code>&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;</code><code>private</code> <code>Singleton(){}</code> <code>&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;</code><code>public</code> <code>static</code> <code>Singleton getInstance()</code> <code>&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;</code><code>{&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;</code> <code>&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;</code><code>if</code><code>(singleton ==&nbsp;</code><code>null</code><code>)</code><code>//检查实例，如果不存在就进入同步区块</code> <code>&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;</code><code>{ </code> <code>&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;</code><code>//注意，只有第一次才彻底执行这里的代码</code> <code>&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;</code><code>synchronized</code><code>(Singleton.</code><code>class</code><code>)</code> <code>&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;</code><code>{ </code> <code>&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;</code><code>if</code><code>(singleton ==&nbsp;</code><code>null</code><code>)</code><code>//进入区块后，再检查一次</code> <code>&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;</code><code>{ </code> <code>&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;</code><code>singleton =&nbsp;</code><code>new</code> <code>Singleton();</code> <code>&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;</code><code>}</code> <code>&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;</code><code>}</code> <code>&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;</code><code>}</code> <code>&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;</code><code>return</code> <code>singleton;</code> <code>&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;</code><code>}</code> <code>}</code> </td> 
 </tr> 
 </tbody> 
</table>

**其他问题：**

在Java1.2之前，垃圾收集器有个bug，会造成当单件在没有全局的引用时被当作垃级清除。

多个类加载器（class loader）可能会导致单件失效。

**单件模式要点：**

*  单件模式确保程序中一个类最多只有一个实例。
 *  单件模式也提供访问这个实例的全局点。
 *  在Java中实现单件模式需要私有的构造器、一个静态方法和一个静态变量。
 *  确定在性能和资源上的限制，然后小心地选择适当的方案来实现单件，以解决多线程的问题（我们必须认定所有的程序都是多线程的）。
 *  如果不是采用第五版的Java 2，双重检查加锁实现会失效。
 *  小心，你如果使用多个类加载器，可能导致单件失效而产生多个实例。
 *  如果使用JVM1.2或之前的版本，你必须建立单件注册表，以免垃圾收集器将单件回收。

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