Java设计模式之从[反恐精英控制台]分析单例(Singleton)模式

　　所谓单例模式(Singleton)，就是保证一个类仅有一个实例，并提供一个访问它的全局访问点的模式。

　　玩过反恐精英的同学应该都知道，游戏当中是有个控制台的，我们可以通过按`键（波浪线键）调出这个控制台。控制台的目的是为了方便开发人员调试，当然我们也可以在里面来修改一些游戏参数，如输入SV_GRAVITY 100可以把重力调整到100，那么我们跳跃的高度就是原来的8倍了。

　　由于控制台的游戏的全局通用的，因此我们希望这个控制台类仅有一个实例。当我们访问它的时候，如果它没有实例化，则实例化之，如果它实例化了我们则返回它实例化的对象。这便是单例模式。

　　那么，以Java为例，我们应该在何时将类的对象实例化呢？是在第一次加载类的时候？第一次需要返回实例的时候？因为对象的实例化时间顺序的差异，我们可以写出几种单例模式的实现方法，本篇文字以懒汉、饿汉、嵌套类（内部静态类）三种方法为例。代码如下：

class Log {
    public void print(String str){
        System.out.println(str + " - From 懒汉" );
    }
    private static Log logInstance;
    private Log(){}
    public static synchronized Log getInstance(){
        if (logInstance == null){
            logInstance = new Log();
        }
        return logInstance;
    }
}

class Log2{
    private static Log2 logInstance = new Log2();
    private Log2(){}
    public void print(String str){
        System.out.println(str + " - From 饿汉" );
    }
    public static Log2 getInstance(){
        return logInstance;
    }
}

class Log3{
    private static class LogHolder{
        private static final Log3 logInstance = new Log3();
    }
    private Log3(){}
    public static Log3 getInstance(){
        return LogHolder.logInstance;
    }
    public void print(String str){
        System.out.println(str + " - From 内部静态类" );
    }
}

class Singleton
{
    public static void main(String[] args) {
        Log log = Log.getInstance();
        log.print("Hello world");
        Log2 log2 = Log2.getInstance();
        log2.print("Hello world");
        Log3 log3 = Log3.getInstance();
        log3.print("Hello world");
    }
}

　　在上面的例子中，Log、Log2和Log3分别用懒汉、饿汉、内部静态类实现了单例模式，它们能够调用print方法，输出我们传入的字符串。下面简要来分析一下这3个类之间的差异。

　　Log类可以调用getInstance来返回一个Log实例，如果这个实例没有被创建，则进行创建，否则直接返回实例，这个就是懒汉模式（需要的时候才进行判断）。由于判断是否存在和创建存在时间差，因此我加上了synchronized关键字保证它不会在多线程中遭到争抢。这样写的代价是，系统会在同步锁上有很大的开销，假设很多地方需要使用到getInstance，那么时间开销会很大。

　　Log2类，将实例化写在了一个static语句中，那么，只要这个类被加载（这个类第一次被使用）时，就会创建logInstance对象。假设这个对象十分庞大，那么我们在加载这个类的时候会花很多时间。另外，假设new Log2()执行失败，我们将永远无法得到Log2的实例。只要这个类被加载，则对象被创建，这个就是饿汉。

　　Log3类包含一个嵌套类（内部静态类），它是Log2类的升级版。我们可以看到，logInstance的实例化被写到了一个嵌套类中，那么这个嵌套类被加载的时间也就是调用Log3.getInstance的时间，也就是说，只有我们调用了Log3.getInstance，这个对象才会被创建。

　　以上程序的运行结果为：

Hello world - From 懒汉
Hello world - From 饿汉
Hello world - From 内部静态类

　　当一个类只期望有一个实例，且客户可以从一个众所周知的地方访问它时，就可以考虑单例模式了。