3.[研磨设计模式笔记]单例模式

1.定义

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。

2.解决问题

――读取配置文件的内容

不用模式的解决方案

public class AppConfig {
    private String parameterA;
    private String parameterB;
    public String getParameterA() {
        return parameterA;
    }
    public String getParameterB() {
        return parameterB;
    }
    public AppConfig() {
        readConfig();
    }
    private void readConfig() {
        Properties p = new Properties();
        InputStream in = null;
        try {
            in = AppConfig.class.getResourceAsStream(
                        “AppConfig.properties”);
            p.load(in);
            this.paramterA = p.getProperty(“paramA”);
            this.paramterB = p.getProperty(“paramB”);
        } catch(Exception e) {
        } finally {
            try {
                in.close();
            } catch(Exception e) {
            }
        }
    }
}
public class Client {
    public static void main(String[] args) {
        AppConfig Config = new AppConfig();
        String paramA = config.getParameterA();
        String paramB = config.getParameterB();
    }
}

使用单例模式来解决问题

（饿汉式）

public class AppConfig {
    private static AppConfig instance = new AppConfig();
    public static AppConfig() getInstance() {
        return instance;
    }
    private String parameterA;
    private String parameterB;
    public String getParameterA() {
        return parameterA;
    }
    public String getParameterB() {
        return parameterB;
    }
    private AppConfig() {
        readConfig();
    }
    private void readConfig() {
        Properties p = new Properties();
        InputStream in = null;
        try {
            in = AppConfig.class.getResourceAsStream(
                        “AppConfig.properties”);
            p.load(in);
            this.paramterA = p.getProperty(“paramA”);
            this.paramterB = p.getProperty(“paramB”);
        } catch(Exception e) {
        } finally {
            try {
                in.close();
            } catch(Exception e) {
            }
        }
    }
}
public class Client {
    public static void main(String[] args) {
        AppConfig Config = AppConfig.getInstance();
        String paramA = config.getParameterA();
        String paramB = config.getParameterB();
    }
}

3.模式讲解

在不用模式的解决方案中，客户端是通过new一个AppConfig的实例来得到一个操作配置文件内容的对象。如果在系统运行中，有很多地方都需要使用配置文件的内容，也就会有很多地方都创建AppConfig对象的实例。这样系统会同时存在多份配置文件的内容，会严重浪费内存资源。

解决思路

分析上面的问题，一个类能够/被创建多个实例，问题在于/类的构造方法是公开的，也就是可以/让类的外部/通过构造方法创建多个实例。要控制一个类/只被创建一个实例，那就是把类的构造函数/私有化，然后由这个类来/提供外部访问/类实例的方法，这就是单例模式的实现方式。

单例模式使用来保证这个类在运行期间只会被创建一个类实例，另外，单例模式还提供一个全局唯一访问这个类实例的访问点，就是getInstance方法。

示例代码

（懒汉式）

public class Singleton {
    //4：定义一个变量来存储创建好的类实例
    //5：因为这个变量要在静态方法中使用，所以需要加上static修饰
    private static Singleton instance = null;
    //1：私有化构造方法，好在内部控制创建实例的数目
    private Singleton() {}
    //2：定义一个方法来为客户端提供类实例
    //3：这个方法需要定义成类方法（静态方法），也就是要加static
    public static synchronized Singleton getInstance() {
        //6：判断存储实例的变量是否有值
        if(instance == null) {
            //6.1：如果没有，就创建一个类实例，并把赋值给存储实例的变量
            instance = new Singleton();
        }
        //6.2：如果有值，那就直接使用
        return instance;
    }
}

（饿汉式）

/**
* Java中static的特性：
* 1.static变量在类加载的时候进行初始化。
* 2.多个实例的static变量会共享同一块内存区域。
* 在Java中static变量只会被初始化一次，就是在类加载的时候，而且多个实例都会共享这个内存空间。
/*
public class Singleton {
    //4：定义一个变量来存储创建好的类实例
    //直接在这里创建类实例，只能创建一次
    private static Singleton instance = new Singleton();
    //1：私有化构造方法，好在内部控制创建实例的数目
    private Singleton() {}
    //2：定义一个方法来为客户端提供类实例
    //3：这个方法需要定义成类方法（静态方法），也就是要加static
    public static Singleton getInstance() {
        //5：直接使用以创建好的实例
        return instance;
    }
}

在懒汉式方案里，强制加上static，并没有使用static的特性；而在饿汉式方案里，是主动加上static，使用了static的特性。

单例模式的懒汉式实现体现了延迟加载的思想，即就是一开始不要加载资源或数据，一直等，等到要使用这个资源或数据才加载，也成Lazy Load。

单例模式的懒汉式实现还体现了缓存的思想，即当某些资源或数据被频繁地使用，而这些资源或数据存储在系统外部（如数据库、硬盘文件等），每次操作这些数据的时候都要去获取。通过把这些数据缓存到内存中，每次操作先到内存里面找，如果有就直接使用，如果没有就去获取，并设置到缓存中，下一次访问的时候就可以直接从内存中获取。

应用范围

Java里面实现单例的是一个虚拟机范围，虚拟机在通过自己的ClassLoader装载饿汉式实现单例类就会创建一个类的实例。

单例模式调用示意图

（懒汉式）

（饿汉式）

单例模式的优缺点

1.时间和空间

懒汉式是典型的时间换空间；

饿汉式是典型的空间换时间。

2.线程安全

不加同步的懒汉式是线程不安全的；

饿汉式是线程安全的。

双重检查加锁

指的是：并不是每次进入getInstance方法都需要同步，而是先不同步，进入方法后，先检查实例是否存在，如果不存在，就在同步的情况下创建一个实例，这是第二重检查。这样，就只需要同步一次，从而减少多次在同步情况下进行判断浪费的时间。

双重检查加锁的实现使用了一个关键字volatile，意思是：被volatile修饰的变量的值，将不会被本地线程缓存，所有对该变量的读写都是直接操作共享内存的，从而确保多个线程能正确的处理该变量。

public class Singleton {
    //对保存实例的变量增加volatile的修饰
    private volatile static Singleton instance = null;
        
    private Singleton() {}
        
    public static Singleton getInstance() {
        //先检查实例是否存在，如果不存在才进入下面的同步块
        if(instance == null) {
            //同步块，线程安全地创建实例
            synchronized(Singleton.class) {
                //再次检查实例是否存在，如果不存在才真正地创建实例
                if(instance == null) {
                    instance = new Singleton();
                }
            }
        }
        return instance;
    }
}

4.思考

单例模式的本质：控制实例数目

何时选用单例模式：

如果当：需要控制一个类实例只能有一个，且客户只能从一个全局访问点控制它时，选用单例模式。

说明：笔记内容摘自《研磨设计模式》陈臣，王斌

关联：整理了一些Java软件工程师的基础知识点