设计模式之单件模式

今天我们来看一下单件模式，这个模式是所有模式中类图最简单的哦！

为什么用单件模式：

有些对象我们只需要一个，比如：连接池、缓存、对话框、和注册表对象、日志对

象等对象。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。也就

是为了防止多次 New 对象。

从一个简单的单件模式入门：

 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 }

在这里主要注意的点有：

第二行：利用一个静态变量来记录Singleton类的唯一实例；

第六行：把构造器声明为私有的，只有字Singleton类内才可以调用构造器；

第八行至第十三行：用getInstance()方法实例化对象并返回这个示例（如果

uniqueInstance是空的则利用私有构造器产生一个Sin-

gleton实例，否则表示已经有了实例，并将uinqueIns-

tance当返回值）。

让我们写一个测试类（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 }

结果展示：

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。

好啦，我们从上面的示例简单学习了单件模式；现在让我们来看一个更加复杂的示例

（巧克力工厂）：

 1 public class ChocolateBoiler {
 2     private boolean empty;
 3     private boolean boiled;
 4   
 5     private ChocolateBoiler() {
 6         empty = true;    //刚开始锅炉是空的
 7         boiled = false;
 8     }
 9 
10     public void fill() {
11         if (isEmpty()) { //在锅炉内填入原料时，锅炉必须是空的。一旦填入原料，就把empty和boiled标志设置好
12             empty = false; 
13             boiled = false;
14             //在锅炉内填满巧克力和牛奶的混合物
15         }
16     }
17  
18     public void drain() {//锅炉排出时，必须是满的（不可以是空的）而且是煮沸过的。排出完毕后，吧empty设置为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() { //煮混合物时，锅炉必须是满的，并且是没有煮过的。一旦煮沸后，就把boiled设为true
26         if (!isEmpty() && !isBoiled()) {
27             // 将炉内物煮沸
28             boiled = true;
29         }
30     }
31   
32     public boolean isEmpty() {
33         return empty;
34     }
35  
36     public boolean isBoiled() {
37         return boiled;
38     }
39 }

我们在有意识地防止不好的事情发生，但是如果同时存在两个ChocolateBoiler实例，

可能就会发生很糟糕的事情哦！

所以我们把这个类设计成单件：

 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 }

测试类（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         // 将返回已存在的实例，也就是boiler
 9         ChocolateBoiler boiler2 = ChocolateBoiler.getInstance();
10     }
11 }

我们现在模仿了第一个项目，把它做成了单件，但是现在的这个类完美吗？不！当然

不完美，这不问题出现了：这个机器竟然允许在加热的时候继续加原料。

我们现在化身为JVM老看看问题出在哪里吧：

现在让我们开始解决问题，处理多线程（延迟同步，读完下面按段话就懂喽）：

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     //其他代码
14 }

第六行：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，不会有两个线程可同时

进入这个方法。

但是，我们是否能改善多线程呢？

方法②（使用“急切”创建实例，而不是延迟实例的方法）：

 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     //其他代码
11 }

方法③（双重检查加锁，在getInstance()中减少使用同步）：

 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     //其他代码
18 }

注：volatile关键词确保：当uniqueInstance变量被初始化成Singleton实例时，多个

县城正确的处理uniqueInstance变量。

我们现在来对比一下三个方法：

方法①同步getInstance方法：

这是保证可行的最直接的做法，对于巧克力锅炉似乎没有性能的考虑，所

以可以用这个方法

方法②急切实例化：

我们一定需要用到一个巧克力锅炉，所以静态的初始化实力并不是不行的。

虽然对于采用标准模式的开发人员来说，此做法可能稍微陌生一点儿。但也

是可行的。

方法③双重检查加锁：

由于没有性能上的考虑，所以这个方法似乎杀鸡用了牛刀。另外，采用这个方法还得确定使用的是Java5以上的版本。

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发表于 2019-11-16 23:46:17
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分类：设计模式

设计模式之单件模式

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