设计模式-单例模式学习笔记及心得感悟

单例模式

单例模式的定义

    确保某一个类只有一个实例，并且自行实例化并向整个系统提供这个实例。

    通用代码如下

//饿汉单例模式

public class Singleton{

private static final Singleton singleton = new Singleton();

//限制产生多个对象

private Singleton(){}

//通过该方法获得实例对象

public static Singleton getSingleton(){

return single;

}

//类中其他的方法，尽量是static

}

单例模式的优点

    1.在内存中只有一个实例，减少了内存的开支，特别是一个对象需要频繁的创建、销毁时，而且创建或者销毁时性能又无法优化，此时其优势就很明显。

    2.减少了系统性能开销。当一个对象的产生需要消耗较多的资源时，可以通过在启动应用时直接产生一个单例对象，用永久驻留内存的方式来解决。

    3.避免对资源的多重占用，避免对一个资源同时进行多种冲突的操作。

    4.单例模式可以在系统设置全局的访问点，优化和共享资源访问。例如cocos2dx中的导演类CCDirector，网上查到的这个类的职能是：

         它负责管理初始化OpenGL渲染窗口以及游戏场景的流程控制，它是cocos2dx游戏开发中必不可少的类之一。为什么要把此类设计成单例对象呢？因为，一个游戏只需要有一个游戏窗口就够了，所以，只需要初始化一次OpenGL渲染窗口。而且场景的流程控制功能，也只需要存在一个这样的场景控制对象即可。为了保证CCDirector类只存在一个实例对象，就必须使用单例模式。

单例模式的缺点

    1.单例模式一般没有接口，扩展很困难，若要扩展，基本上就是修改代码了。为嘛单例模式不能增加接口，因为接口对单例模式没有任何意义，它要求“自行实例化”，并且提供单一实例。接口或者抽象是不可能被实例化的（就是说设计接口或者抽象类不要套用单例模式，单例模式的‘自行实例化’和他俩的属性是冲突的）。在特殊情况下，单例模式可以实现接口、被继承等，需要在实际情况判断。

    2.单例模式对于测试不利，单例未完成之前是不能进行测试的，没有接口也不能用mock方式虚拟一个对象。

     mock测试就是在测试过程中，对于某些不容易构造或者 不容易获取的对象，用一个虚拟的对象来创建以便测试的测试方法。 http://baike.baidu.com/view/2445748.htm?fr=aladdin

     3.单例模式与单一职责原则有冲突。一个类应该只实现一个逻辑，而不关心它是否是单例的，是不是单例取决于环境，单例模式把“要单例”和业务逻辑融合到一个类中。

单例模式适用于

    1.要求生成唯一标识符的环境。

    2.整个项目中需要一个共享访问点或者共享数据，例如一个web页面上的计数器，可以不用每次刷新都记录到数据库中，适用单例模式保持计数器的值，并确保是线程安全的。

    3.创建一个对象需要消耗的资源过多。

    4.需要定义大量的静态常量和静态方法（如工具类）的环境，可以采用单例模式，也可以直接声明为static方式。

         下面是静态类和单例模式的讨论，有一个2004年csdn论坛上的老帖子 http://bbs.csdn.net/topics/50351608

              我实际中最常用的的静态类的莫过于工具类了，和不变类的定义类似，类中没有变量都是常量，只提供一些方法，不会因为状态而有所改变。而且一旦静态方法结束，其中的局部变量被jvm垃圾回收 。

              单例类含有状态，一般是需要共享的资源，譬如系统的配置信息等。把不变类设计成单例类就是单例模式最常见的滥用。

注意事项

    1.在高并发的情况下，需要注意单例模式的线程同步问题。

//线程不安全的单例

public class Singleton{

private static Singleton singleton = null;

//限制产生多个对象

private Singleton(){}

//通过该方式获得实例对象

public Singleton getSingleton(){

if(singleton == null){

singleton = new Singleton();

}

return singleton;

}

}

/*低并发不会出现问题，一旦系统压力过大，并发量增加则可能在系统内存中出现多个实例。

线程A在执行到 singleton = new Singleton（），还没有获得新对象，此时线程B执行

到了if判断，singleton为null，进入了if语句块，两个线程出现了两个实例。破坏了最初目的*/

     改进，加上synchronized，这个改进型又叫做懒汉式单例，代码如下，但不是最优秀的。推荐使用饿汉单例模式

//懒汉单例模式

public class Singleton{

private static Singleton singleton = null;

//限制产生多个对象

private Singleton(){}

//通过该方式获得实例对象

public synchronized Singleton getSingleton(){

if(singleton == null){

singleton = new Singleton();

}

return singleton;

}

}

     饿汉单例的测试

//file Singleton.java

package parctice;

 

public class Singleton {

private static final Singleton singleton = new Singleton();

private static int i = 1;

private Singleton(){

this.i++;

}

public static Singleton getInstance(){

return singleton;

}

public static int getI(){

return i;

}

}

 

//file ThreadTest.java

package parctice;

 

public class ThreadTest {

public static void main(String[] args){

Thread t1 = new Thread(new MyRunnable1());

Thread t2 = new Thread(new MyRunnable2());

t1.start();

t2.start();

}

}

class MyRunnable1 implements Runnable{

 

@Override

public void run() {

// TODO Auto-generated method stub

Singleton s = Singleton.getInstance();

System.out.println(" MyRunnable1 -- " + s.getI());

}

}

class MyRunnable2 implements Runnable{

 

@Override

public void run() {

// TODO Auto-generated method stub

Singleton s = Singleton.getInstance();

System.out.println(" MyRunnable2 -- " + s.getI());

}

}

结果截图

 复习一下static静态变量、静态方法

内存总体一共分为了

4个部分(stack segment、heap segment、code segment、data segment)

当我们在程序中，申明一个局部变量的时候，此变量就存放在了 stack segment(栈)当中；

当new 一个对象的时候，此对象放在了heap segment(堆)当中；

而static 的变量或者字符串常量 则存在在 data segment(数据区)中；

那么类中方法的话，是存在在 code segment(代码区)中了。

     在类Singleton 被加载的时候，static类型的singleton变量就被存在了data segment中，而不是随着类Singleton实例化出现在heap segment中。在其他代码中被调用时，调用的总是 data segment的被存储的唯一变量singleton，因此对象被保证为单例。

单例模式的扩展

//有上限的多例模式

public class Singleton{

private static final Singleton singleton = new Singleton();

//实例的最大数量

private static int maxNumOfSingleton = 5;

//一个数组容纳多个实例

private static ArrayList<Singleton> sinArr = new ArrayList<Singleton>();

//静态代码块来实例化

static{

for(int i=0;i<maxNumOfSingleton ;i++){

sinArr.add(new Singleton());

}

}

//限制产生多个对象

private Singleton(){}

//通过该方法获得实例对象

public static Singleton getSingleton(int index){

return sinArr.get(index);

}

}