单例模式---设计模式（一）

单例模式：确保一个类最多只有一个实例，并提供一个全局访问点

单例模式类图：

类图说明：

首先说明一下该类图中的符号：
类：
使用三层矩形框表示
第一层：显示类的名称，如果是抽象类，则就用斜体显示
第二层：字段和属性
第三层：类的方法

“+”：表示public
“-”：表示private
“#”：表示protected

接口：
使用两层矩形框表示，与类图的区别主要是顶端有<>显示
第一层：接口的名称
第二层：接口的方法

继承类（extends）:
用空心三角形+直线表示

实现接口（implements）:
用空心三角形+虚线表示

关联（Association）：
用实线箭头来表示

聚合（Aggregation）:
用空心菱形+实线箭头来表示
聚合：表示一种弱的‘拥有’关系，体现的是A对象可以包含B，但B对象不是A对象的一部分，例如：公司和员工

组合（Composition）:
用实心菱形+实线箭头来表示
组合：部分和整体的关系，并且生命周期是相同的。例如：人和手

依赖（Dependency）：
用虚线箭头来表示
例如：动物和氧气

单例模式

Singleton类称为单例类，通过使用private的构造函数，确保了在一个应用中只产生一个实例，并且是自行实例化的（在Singleton中自己使用new Singleton()）。
单例模式的通用代码：
饿汉式：

package singletontest;

/**
 * 单例模式（饿汉模式）
 * 应用场合：有些对象只需要一个就足够了，如古代皇帝,老婆
 * 作用：保证整个应用程序中某个实例有且只有一个
 * 类型：懒汉模式，饿汉模式
 * @author 张耀晖
 *
 */
public class Singleton {
    //1.将构造方法私有化，不允许外部直接创建对象
    private Singleton(){

    }
    //2.创建类的唯一实例,使用private static修饰
    private static Singleton singleton = new Singleton();

    //3.提供一个用于获取实例的方法,使用public static修饰
    public static Singleton getInstance(){
        return singleton;
    }


}

懒汉式：

package singletontest;

/**
 * 懒汉模式
 * 区别：饿汉模式的特点是加载类时比较慢，但运行时获取对象的速度比较快，线程安全
 *     懒汉模式特点是加载类时比较快，但运行时获取对象速度比较慢，线程不安全
 * @author 张耀晖
 *
 */
public class Singleton2 {
    //1.将构造方法私有化，不允许外边直接创建对象
    private Singleton2(){

    }
    //2.声明类的唯一实例，使用private static修饰
    private static Singleton2 singleton2;
    //3.提供一个用于获取实例的方法，使用public static修饰
    public static Singleton2 getInstance(){
        if(singleton2==null){
            singleton2 = new Singleton2();
        }
        return singleton2;
    }

}

package singletontest;

public class Test {
    public static void main(String[] args) {
        //饿汉模式
        Singleton s1 = Singleton.getInstance();
        Singleton s2 = Singleton.getInstance();
        if(s1==s2){
            System.out.println("s1和s2是同一个实例");
        }else{
            System.out.println("s1和s2不是同一个实例");
        }

        //懒汉模式
        Singleton2 s3 = Singleton2.getInstance();
        Singleton2 s4 = Singleton2.getInstance();
        if(s3==s4){
            System.out.println("s3和s4是同一个实例");
        }else{
            System.out.println("s3和s4不是同一个实例");
        }
    }

}

运行结果：

注意：
懒汉式是存在线程不安全问题的。
懒汉式在低并发的情况下有可能不会出现问题，但是当高并发的情况下则可能在内存中出现多个实例。
eg：如果一个线程A执行到singleton2 = new Singleton2()，但还没有获得对象（对象初始化是需要时间的），第二个线程B也在执行，执行到singleton2==null的判断，那么线程B获得判断条件也是为真，于是继续运行下去，线程A获得一个对象，线程B也获得一个对象，在内存中就出现了两个对象。

解决懒汉式的线程不安全问题的方法：
在getInstance（）方法前加synchronized关键字。不过这样的话只适应调用实例对象少的情况，如果调用实例对象比较频繁synchronized就会影响系统的执行效率。那么就建议使用饿汉式。
饿汉式也有一定的问题，在不使用类的实例对象的时候也会创建该类的实例对象，造成一定的资源浪费。

1. 单例模式的优点
   •由于单例模式在内存中只有一个实例，减少了内存开支，特别是一个对象需要频繁的被创建、销毁，而且创建或销毁时性能又无法优化，单例模式的优势就非常明显；
   •由于单例模式只生成一个实例，减少了系统性能开销，当一个对象的产生需要比较多的资源时，如读取配置、产生其他依赖对象时，则可以通过在应用启动时直接产生一个单例对象，然后永久驻留内存的方式来解决（在Java EE中采用单例模式时需要注意JVM垃圾回收机制）；
   •单例模式可以避免对资源的多重占用，例如一个写文件动作，由于只有一个实例存在内存中，避免对同一个资源文件的同时写操作。
   •单例模式可以在系统设置全局的访问点，优化环共享资源访问，例如可以设计一个单例类，负责所有数据表的映射处理。

2. 单例模式的缺点
   •单例模式没有接口，扩展很困难，若要扩展，除了修改代码没有第二种途径可以实现。单例模式为什么不能增加接口呢？因为接口对单例模式是没有任何的意义，它要求“自行实例化”，并且提供单一实例、接口或抽象类是不可能被实例化的。
   •单例模式对测试是不利的。在并行开发环境中，如果单例模式没有完成，是不能进行测试的，没有接口也不能使用mock的方式虚拟一个对象。
   •单例模式与单一职责原则有冲突。一个类应该只实现一个的逻辑，而不关心它是否是单例的，决定它是不是要单例是环境决定的，单例模式把“要单例”和业务逻辑融合也在一个类中。

3. 单例模式的使用场景

   在一个系统中，要求一个类有且仅有一个对象，如果出现多个对象就会出现“不良反应”时，则可以采用单例模式，具体的场景如下：
   •要求生成唯一序列号的环境；
   •在整个项目中需要有访问一个共享访问点或共享数据，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，使用单例模式保持计数器的值，并确保是线程安全的；
   •创建一个对象需要消耗的资源过多，如要访问IO、访问数据库等资源；
   •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（当然，也可以直接声明为static的方式）；

单例模式的扩展

现在有一个问题：如果要求一个类只能产生固定数量（大于1个）的对象怎么办？

package com.test.singletonTest;

import java.util.ArrayList;
import java.util.Random;

/**
 * 单例模式的扩展，产生固定数量的（大于1个）的实例对象
 * 2015年9月17日 下午5:08:15
 * @author 张耀晖
 *
 */
public class SingletonTest {

    private static int maxnum = 3;//定义最多能产生的实例对象的数量
    private static ArrayList singletonList = new ArrayList();//定义一个集合，容纳所有的实例对象
    private static ArrayList singletonNameList = new ArrayList();//定义一个集合，容纳所有对象的私有属性

    //当前实例对象的标号
    private static int countOfNum;

    //产生所有的对象
    static{
        for (int i = 0; i < maxnum; i++) {
            singletonList.add(new SingletonTest("实例对象："+i+1));
        }
    }

//  //将类中默认的无参构造方法重写为private,防止在外部创建该类的实例对象
//  private SingletonTest(){
//      
//  }

    //传入实例对象的名称，创建实例对象
    private SingletonTest(String name){
        singletonNameList.add(name);
    }

    //随机获得一个实例对象
    public static SingletonTest getInstance(){
        Random random = new Random();
        countOfNum = random.nextInt(maxnum);
        //随机取出一个实例对象
        SingletonTest singletonTest = singletonList.get(countOfNum);
        return singletonTest;
    }

    //获取实例对象的私有属性
    public static String getSingletonName(){
        String name = singletonNameList.get(countOfNum);
        return name;
    }

}