《Head first设计模式》学习笔记 – 单件模式

以你之姓@ 2022-07-12 12:21 188阅读 0赞

单件模式确保一个类只有一个实例，并提供一个全局访问点。

有一些对象我们只需要一个，比方说：线程池、缓存、对话框、处理器偏好设置和注册表的对象等等。事实上，这类对象只能有一个实例，如果制造出多个实例，就会导致许多问题产生，例如：程序的行为异常、资源使用过量，或者是不一致的结果。

使用静态变量

如何确保这些类只存在一个实例？利用java的静态变量可以做到，但使用静态变量有个缺点：如果将对象赋值给一个全局变量，那么你必须在程序一开始就创建好对象。万一这个对象非常耗费资源，而程序在这次的执行过程中又一直没用到它，就形成了浪费。

经典的单件实现

以下是经典的单件实现：

> public class Singleton \{ 
> 
>     // 利用一个静态变量来记录Singleton的唯一实例。
> 
>     private static Singleton uniqueInstance;
> 
>  
> 
>     // 把构造器声明为私有的，只有Singleton类内才可以调用构造器。
> 
>     private Singleton() \{ 
> 
>     \}
> 
>  
> 
>     // 用getInstance()方法实例化对象，并返回这个实例。
> 
>     public static Singleton getInstance() \{ 
> 
>         // 如果uniqueInstance是空的，表示还没有创建实例。
> 
>         if (uniqueInstance == null) \{ 
> 
>             // 如果uniqueInstance是空的，我们就利用私有的构造器产生一个Singleton实例并
> 
>             // 把它赋值给uniqueInstance静态变量中。请注意，如果我们不需要这个实例，它就
> 
>             // 永远不会产生。这就是“延迟实例化”
> 
>             uniqueInstance = new Singleton();
> 
>         \}
> 
>         return uniqueInstance;
> 
>     \}
> 
> \}

getInstance()是静态的，这意味着它是一个类方法，所以可以在代码的任何地方使用Singleton.getInstance()访问它。这和访问全局变量一样简单，只是多了个优点：单件可以延迟实例化。

处理多线程

假如有两个线程同时调用Singleton.getInstance()，而这时uniqueInstance还没有初始化，那么有可能会出现调用Singleton.getInstance()方法返回不同的实例。

只要把getInstance()变成同步方法，多线程灾难几乎就可以轻易地解决了：

> public class Singleton \{ 
> 
>     private static Singleton uniqueInstance;
> 
>  
> 
>     private Singleton() \{ 
> 
>     \}
> 
>  
> 
>     // 通过增加synchronized关键字到getInstance()方法中，我们
> 
>     // 迫使每个线程在进入这个方法之前，要先等候别的线程离开该方法。
> 
>     // 也就是说，不会有两个线程可以同时进入这个方法。
> 
>     public static synchronized Singleton getInstance() \{ 
> 
>         if (uniqueInstance == null) \{ 
> 
>             uniqueInstance = new Singleton();
> 
>         \}
> 
>         return uniqueInstance;
> 
>     \}
> 
> \}

上面的代码可以解决多线程的问题，但是同步会降低性能，这不又是另一个问题吗？

只有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。

改善多线程

为了要符合大多数java应用程序，很明显的，我们需要确保单件模式能在多线程的状况下正常工作。但是似乎同步getInstance()的做法将拖垮性能，该怎么办你？

可以有一些选择：

1. 如果getInstance()的性能对应用程序不是很关键，就什么都别

没错，如果你的应用程序可以接受getInstance()造成的额外负担，就忘了这件事吧。同步getInstance()的方法既简单又有效。但是你必须知道，同步一个方法可能造成程序效率下降100倍。因此如果将getInstance()的程序使用在频繁运行的地方，你可能就要重新考虑了。

2. 使用“急切”创建实例，而不用延迟实例化的做法

如果应用程序总是创建并使用单件实例，或者在创建和运行时方面的负担不太繁重，你可能想要急切创建此单件，如下所示：

> public class Singleton \{ 
> 
>     // 在静态初始化器中创建单件。这段代码保证了线程安全
> 
>     private static Singleton uniqueInstance = new Singleton();
> 
>  
> 
>     private Singleton() \{ 
> 
>     \}
> 
>  
> 
>     public static Singleton getInstance() \{ 
> 
>         // 已经有实例了，直接使用它
> 
>         return uniqueInstance;
> 
>     \}
> 
> \}

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。

3. 用“双重检查加锁”，在getInstance()中减少使用同步

利用双重检查加锁，首先检查是否实例已经创建了，如果尚未创建，才进行同步。这样一来，只有第一次会同步，这正是我们想要的。

> public class Singleton \{ 
> 
>     // volatile关键词确保，当uniqueInstance变量被初始化成Singleton实例时，
> 
>     // 多个线程正确地处理uniqueInstance变量
> 
>     private volatile static Singleton uniqueInstance;
> 
>  
> 
>     private Singleton() \{ 
> 
>     \}
> 
>  
> 
>     public static synchronized Singleton getInstance() \{ 
> 
>         // 检查实例，如果不存在，就进入同步区块。
> 
>         if (uniqueInstance == null) \{ 
> 
>             // 注意，只有第一次才彻底执行这里的代码
> 
>             synchronized (Singleton.class)\{ 
> 
>                 // 进入区块后，再检查一次。如果仍是null，才创建实例
> 
>                 if (uniqueInstance == null) \{ 
> 
>                     uniqueInstance = new Singleton();
> 
>                 \}
> 
>             \}
> 
>         \}
> 
>         return uniqueInstance;
> 
>     \}
> 
> \}

如果性能是你关心的重点，那么这个做法可以帮你大大地减少getInstance()的时间耗费。