设计模式之旅（1）——单态模式，独生子女的IT生活

àì夳堔傛蜴生んèń 2022-09-20 11:25 68阅读 0赞

作者：马靖

联系方式：andamajing@163.com

备注：自2014年1月14日起，本人上传的经典书籍，将不再收取资源分，欢迎大家下载学习，好东西一起分享，共同建造良好的网上学习环境。

让我们从一段对话开始我们今天所讲的话题。

老公：老婆，你们家就你一个吗？

老婆：找打啊你，我们家我有没有兄弟姐妹你都不知道啊，晚上跪键盘去，除了我，还有两个姐姐，两个哥哥，还有个宝贝弟弟呢。

老公：哇，那么多啊，那岂不是小时候在一起玩疯了你们，肯定小时候你没少调皮让你爸妈省心。

老婆：对的呢，不过像你这样家里只有一个独生子的，小时候多没劲啊，孤独寂寞吧哈哈。

老公：虽然没人玩，但是家里的玩具都归我管，想吃什么就吃什么，没人跟我抢，所以只有一个独生子也是不错的呢嘿嘿。

.............

闲话不多说，从上面的对话我们知道，家里只有一个孩子也是有其好处的嘛，在软件设计中，我们有时也会需要将某个对象只生成一个，因为太多可能会造成混乱，不利于管理，例如我们的Windows任务管理器，Java类加载器，注册表等，都是指有一个，那么该怎么设计实现呢？这就是本人需要讲述的问题。

为了解决上面的问题，单态模式应运而生，作为设计模式中最简单的设计模式，我想今天我们就首先来看看它到底是什么？

首先，我问大家一个问题，如果让你设计一个类，这个类只能生成一个对象，大家会怎么设计呢？想想先.......

肯定不能有公有的构造函数，否则外部就可以通过new操作创建出很多对象，于是我们想到把类的构造函数设置为private权限，新的问题又来了，既然是private，那么如何去创建对象呢？既然我们无法通过new创建得到，那么我们就只有通过类的静态方法来获得这个对象了，当然我们需要在类中定义一个该类对象的引用，而且这个引用应该是私有的静态的。如下所示：

public class Singleton
    {
    private static Singleton instance=null;
    private Singleton(){}
    public static  Singleton getInstance()
    {
    if(instance==null) instance=new Singleton();
                   return instance;
    }
    }

其结构图如下所示：

![SouthEast][]

这就是单态模式的一个简单实现（当然这种写法还是有点不足的，在后满我们将进行详细讲述），我们可以看到，单态模式中包含三个主要部分，一个是私有的对象，私有的构造函数，和公有的静态获取函数（用于得到对象的引用)。![Image 1][]

这里我们给出单态模式的定义：单态模式确保每个类只有一个实例，并且提供为这个私有对象提供一个全局的访问点。

刚才提到了上面的程序实际上是有问题的，现在我们就来讨论一下。

你是否学习过多线程编程？如果没有学过，那么先看看这个[多线程][Link 1]的资料吧或者你应该听说过这个吧，在多线程编程模式下，上面实现的单态模式是有问题的，请看下图：

![SouthEast 1][]

所以，我们需要对上述代码进行改进。下面给出三种解决办法，大家可以根据自己的情况和实际项目的要求进行选择使用。

（1）对共有的外部进口进行同步化。即将方法用synchronized关键字修饰，如下所示：

public static synchronized Singleton getInstance()
    {
    if(instance==null){instance=new Singleton();
    return instance;
    }

这样，当一个线程进入方法以后，其他线程只有等到该线程退出该方法才能进入。由于在每次调用该方法时，都会进行同步处理，对程序执行效率有一定影响，一般同步一个方法可能会造成程序执行效率下降100倍，所以，如果使用比较频繁，请不要使用该方法。

（2）采用在类加载时直接创建对象，如下所示：

public class Singleton
    {
    private static Singleton instance=new Singleton();
    private Singleton(){}
    public static synchronized Singleton getInstance()
    {
    return instance;
    }
    }

这种方法使得JVM在加载这个类时会创建唯一的对象，并在以后访问该对象时指向的都是同一个。这种方法的缺点在于，如果这个类的初始化需要做大量的工作，而后这个类在之后并没有被调用，则会造成较大的资源浪费。

（3）使用双重检测加锁，如下所示：

public class Singleton
    {
    private voilatile static Singleton instance=null;
    private Singleton(){}
    public static synchronized Singleton getInstance()
    {
    if(instance==null)
    {
    synchronized(Singleton.class)
    {
    if(instance==null)
    {
    instance=new Singleton();
    }
    }
    } 
    return instance;
    }

使用该方法，首先检查该实例是否已经创建好，如果未创建，才能同步，这样一来，只会在第一次创建的时候可能出现同步，降低了同步造成的性能损失。

到此为止我们对单态模式有了详细的认识了。![奋斗][struggle.gif]

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[Image 1]: 
[Link 1]: http://download.csdn.net/detail/andamajing/6852615
[SouthEast 1]: /images/20220828/fe263b18b419400083a8fc3ed8cf1a4f.png
[struggle.gif]: /images/20220828/86e0ece3dcbb4673be4aeeb885a9f074.png