软件设计模式——单例模式

一、引入

单例模式是设计模式中使用很频繁的一种模式，在各种开源框架、应用系统中多有应用。解决一个类在内存中只存在一个对象。

二、概念

单例模式又叫做单态模式或者单件模式。即保证一个类仅有
一个实例，并提供一个访问它的全局访问点。单例模式中的“单例”通常用来代表那些本质上具有唯一性的系统组件（或者叫做资源）。比如文件系统、资源管理器等等。

（1）单例模式的作用与实现方法

作用：控制特定的类只产生一个对象，当然也允许在一定情况下灵活的改变对象的个数。
实现方法：一个类的对象的产生是由类构造函数来完成的，如果想限制对象的产生，一个办法就是将构造函数变为私有的（至少是受保护的），使得外面的类不能通过引用来产生对象；同时为了保证类的可用性，就必须提供一个自己的对象以及访问这个对象的静态方法。其实单例模式在实现上是非常简单的——只有一个角色，而客户则通过调用类方法来得到类的对象.

（2）单例模式的结构

（3）单例模式的分类

单例模式可分为有状态的和无状态的。有状态的单例对象一般也是可变的单例对象，多个单态对象在一起就可以作为一个状态仓库一样向外提供服务。没有状态的单例对象也就是不变单例对象，仅用做提供工具函数。

三、单例模式的具体实现

在单例模式的实现上有几种不同的方式：
（1）饿汉式

/*1.为了避免其他程序过多的建立该类对象，先禁止其他程序建立该类对象； 2.还为了让其他程序可以访问到该类对象，只好在本类中，自定义一个对象 3.为了方便其他程序对自定义对象的访问，可以对外提供一些访问方式。 */
/*这三部分怎么用代码体现呢？ 1.将构造函数私有化 2.在类中创建一个本类对象。 3.提供一个方法可以获取到该对象*/

public class SingleTon {
    //在自己内部定义自己的一个实例，注意这里是private，只供内部调用
    private static SingleTon instance=new SingleTon();
    //将构造函数设为私有的
    private SingleTon(){

    }
    //静态工厂方法，提供一个供外部访问得到对象的静态方法
    public static SingleTon getInstance(){
        return instance;
    }
}
//这样做的好处是编写简单，但是无法做到延迟创建对象。但是我们很多时候都希望
//对象尽可能的延迟加载，从而减小负载 ，所以就需要使用懒汉法

（2）懒汉式

public class SingleInstance {
    //比较和饿汉的区别
    private static SingleInstance instance =null;
    //设置为私有的构造函数
    private SingleInstance(){

    }
    //静态工厂方法
    public static synchronized SingleInstance getInstance(){
        //这个方法有所改进
        if (instance == null) 
            instance = new SingleInstance();
        return instance;
    }

}

小结：
0.对于饿汉式，类一加载到内存，就已经创建好了对象，而懒汉式中，类一加载到内存，对象还没有存在，只有调用了getInstance方法时，才建立对象。
1.首先他们的构造函数都是私有的，彻底断开了使用构造函数来得到类的实例的通道，但是这样也使得类失去了多态性。

2.在第二种方式中，对静态工厂方法进行了同步处理，原因很明显——为了防止多线程环境中产生多个实例；而在第一种方式中则不存在这种情况。

3.在第二种方式中将类对自己的实例化延迟到第一次被引用的时候。而在第一种方式中则是在类被加载的时候实例化，这样多次加载会造成多次实例化。但是第二种方式由于使用了同步处理，在反应速度上要比第一种慢一些。

（3）带有注册表的实现方式
以上两种实现方式均失去了多态性，不允许被继承。还有另外一种灵活点的实现，将构造函数设置为受保护的，这样允许被继承产生子类。这种方式在具体实现上又有所不同，可以将父类中获得对象的静态方法放到子类中再实现；也可以在父类的静态方法中进行条件判断来决定获得哪一个对象。在GOF 中认为最好的一种方式是维护一张存有对象和对应名称的注册表（可以使用HashMap 来实现）。

public class SingleTon {
//用来存放对应关系
    private static HashMap sinRegistry=new HashMap();
    static private SingleTon singleTon = new SingleTon();
    //受保护的构造函数
    protected SingleTon(){

    }
    public static SingleTon getInstace(String name)
    {
        if (name ==null) {
            name ="SingleTon";
        }
        if (sinRegistry.get(name)==null) {
            try {
                sinRegistry.put(name, Class.forName(name).newInstance());
            } catch (Exception e) {
                // TODO Auto-generated catch block
                e.printStackTrace();
            }
        }
        return (SingleTon)(sinRegistry.get(name));
    }
    public void test()
    {
        System.out.println("getclasssuccess!");
    }
}

public class SingleTonChild1 extends SingleTon {
    public SingleTonChild1(){

    }
    public static SingleTonChild1 getInstance(){
        return (SingleTonChild1)SingleTon.getInstace("SingleTonChild1");
    }

    public void test()
    {
        System.out.println("getclasssuccess1111");
    }
}
//由于在java中子类的构造函数的范围不能比父类的小，
//所以可能存在不守规则的客户程序使用其构造函数来产生实例,造成单例模式失效。

三、单例模式的陷阱

多个虚拟机
当系统中的单例类被拷贝运行在多个虚拟机下的时候，在每一个虚拟机下都可以创建一个实例对象。在使用了EJB、JINI、RMI 技术的分布式系统中，由于中间件屏蔽掉了分布式系统在物理上的差异，所以对你来说，想知道具体哪个虚拟机下运行着哪个单例对象是很困难的。因此，在使用以上分布技术的系统中，应该避免使用存在状态的单例模式，因为一个有状态的单例类，在不同虚拟机上，各个单例对象保存的状态很可能是不一样的，问题也就随之产生。而且在EJB 中不要使用单例模式来控制访问资源，因为这是由EJB 容器来负责的。在其它的分布式系统中，当每一个虚拟机中的资源是不同的时候，可以考虑使用单例模式来进行管理。

多个类加载器
当存在多个类加载器加载类的时候，即使它们加载的是相同包名，相同类名甚至每个字节都完全相同的类，也会被区别对待的。因为不同的类加载器会使用不同的命名空间（namespace）来区分同一个类。因此，单例类在多加载器的环境下会产生多个单例对象。也许你认为出现多个类加载器的情况并不是很多。其实多个类加载器存在的情况并不少见。在很多J2EE 服务器上允许存在多个servlet 引擎，而每个引擎是采用不同的类加载器的；浏览器中applet 小程序通过网络加载类的时候，由于安全因素，采用的是特殊的类加载器，等等。这种情况下，由状态的单例模式也会给系统带来隐患。因此除非系统由协调机制，在一般情况下不要使用存在状态的单例模式。

错误的同步处理
在使用上面介绍的懒汉式单例模式时，同步处理的恰当与否也是至关重要的。不然可能会达不到得到单个对象的效果，还可能引发死锁等错误。因此在使用懒汉式单例模式时一定要对同步有所了解。不过使用饿汉式单例模式就可以避免这个问题。

子类破坏了对象控制
在上一节介绍最后一种扩展性较好的单例模式实现方式的时候，就提到，由于类构造函数变得不再私有，就有可能失去对对象的控制。这种情况只能通过良好的文档来规范。

串行化（可序列化）
为了使一个单例类变成可串行化的，仅仅在声明中添加“implements Serializable“是不够的，因为一个串行化的对象在每次返串行化的时候，都会创建一个新的对象，而不仅仅是一个对原有对象的引用。为了防止这种情况，可以在单例类中加readResolve 方法。其实对象的串行化并不仅局限于上述方式，还存在基于 XML 格式的对象串行化方式。这种方式也存在上述的问题，所以在使用的时候要格外小心。

抛开单例模式，使用下面一种简单的方式也能得到单例，而且如果你确信此类永远是单例的，使用下面这种方式也许更好一些。
public static final Singleton INSTANCE = new Singleton();
而使用单例模式提供的方式，这可以在不改变API 的情况下，改变我们对单例类的具体要求。