[设计模式]3、设计模式之单例设计模式 - 晓阳110

单例模式应用场景举例：

“曾经沧海难为水，除却巫山不是云”，这句话用现在的语言解释就是“你是我的唯一”。

GG和MM都是初次恋爱，都把对方视为自己此生的唯一。而且GG和MM都在不断的向对方学习，不断的完善自己。GG和MM的甜蜜和幸福很快就轰动了整个院系。男生一般都拿GG的女朋友教育自己的女朋友说别人怎么怎么样，而女生也经常拿MM的男朋友说男生该如何如何做。而且，年级辅导员还在年级会上表扬了GG和MM，说男生都应该想MM的男朋友学习，女生都应该向GG的女朋友学习！呵呵，很显然，大家都知道，辅导员说GG的女朋友就是指MM，而说MM的男朋友时就是指GG。

单例模式解释：

GoF对单例模式(Singleton Pattern)的定义是：保证一个类、只有一个实例存在，同时提供能对该实例加以访问的全局访问方法。

单例模式是一种对象创建型模式，使用单例模式，可以保证为一个类只生成唯一的实例对象。也就是说，在整个程序空间中，该类只存在一个实例对象。

单例模式的要点有三个；一是某个类只能有一个实例；二是它必须自行创建这个实例；三是它必须自行向整个系统提供这个实例。

英文定义为：Ensure a class only has one instance, and provide a global point of access to it.

单例模式的UML图：

单例模式比较的单纯，其UML图如下所示：

单例模式深入分析：

单例模式的要点有三个；一是某个类只能有一个实例；二是它必须自行创建这个实例；三是它必须自行向整个系统提供这个实例。

单例模式适合于一个类只有一个实例的情况，比如窗口管理器，打印缓冲池和文件系统，它们都是原型的例子。典型的情况是，那些对象的类型被遍及一个软件系统的不同对象访问，因此需要一个全局的访问指针，这便是众所周知的单例模式的应用。当然这只有在你确信你不再需要任何多于一个的实例的情况下

在计算机系统中，需要管理的资源包括软件外部资源，譬如每台计算机可以有若干个打印机，但只能有一个Printer Spooler，以避免两个打印作业同时输出到打印机中。每台计算机可以有若干传真卡，但是只应该有一个软件负责管理传真卡，以避免出现两份传真作业同时传到传真卡中的情况。每台计算机可以有若干通信端口，系统应当集中管理这些通信端口，以避免一个通信端口同时被两个请求同时调用。

　　需要管理的资源也包括软件内部资源，譬如，大多数的软件都有一个（甚至多个）属性（properties）文件存放系统配置。这样的系统应当由一个对象来管理一个属性文件。

　　需要管理的软件内部资源也包括譬如负责记录网站来访人数的部件，记录软件系统内部事件、出错信息的部件，或是对系统的表现进行检查的部件等。这些部件都必须集中管理。

单例模式使用场景分析及代码实现：

在上面的使用场景中，无论是谁叫GG的女朋友，大家都知道只的是MM；而相应的，无论是谁说MM的男朋友，大家都知道是GG。GG和MM分别都是对方单例O(∩_∩)O哈哈~

UML模型图如下所示：

笔者在这里以MM的男朋友GG为例进行单例模式的说明。

GG单例模式的第一个版本，采用的是“饿汉式”，也就是当类加载进来的就立即实例化GG对象，但是这种方式比较的消耗计算机资源。具体实现代码如下：

 1 package com.diermeng.designPattern.Singleton;
 2 
 3 /*
 4 
 5  * GG单例模式的第一个版本 为“饿汉式”
 6 
 7  */
 8 
 9 public class GGVersionOne {
10 
11     //在类被加载进入内存的时候就创建单一的GG对象
12 
13     public static final GGVersionOne gGVersionOne = new GGVersionOne();
14 
15     //名称属性
16 
17     private String name;
18 
19  
20 
21  
22 
23     public String getName() {
24 
25         return name;
26 
27     }
28 
29  
30 
31     public void setName(String name) {
32 
33         this.name = name;
34 
35     }
36 
37  
38 
39     //构造函数私有化
40 
41     private GGVersionOne() {
42 
43     }
44 
45  
46 
47     //提供一个全局的静态方法
48 
49     public static GGVersionOne getGG() {
50 
51         return gGVersionOne;
52 
53     }
54 
55 }

GG单例模式的第二个版本：“懒汉式”，在单线程下能够非常好的工作，但是在多线程下存在线程安全问题，具体代码如下：

 1 package com.diermeng.designPattern.Singleton;
 2 
 3 /*
 4 
 5  * GG单例模式的第二个版本 采用“懒汉式” 在需要使用的时候才实例化GG
 6 
 7  */
 8 
 9 public class GGVersionTwo {
10 
11     //GG的姓名
12 
13     private String name;
14 
15     //对单例本身引用的名称
16 
17     private static GGVersionTwo gGVersionTwo;
18 
19  
20 
21     public String getName() {
22 
23         return name;
24 
25     }
26 
27  
28 
29     public void setName(String name) {
30 
31         this.name = name;
32 
33     }
34 
35  
36 
37     //构造函数私有化
38 
39     private GGVersionTwo() {
40 
41     }
42 
43  
44 
45     //提供一个全局的静态方法
46 
47     public static GGVersionTwo getGG() {
48 
49         if(gGVersionTwo == null) {
50 
51             gGVersionTwo = new GGVersionTwo();
52 
53         }
54 
55         return gGVersionTwo;
56 
57     }
58 
59 }

GG单例模式的第三个版本，为解决多线程问题，采用了对函数进行同步的方式，但是比较浪费资源，因为每次都要进行同步检查，而实际中真正需要检查只是第一次实例化的时候，具体代码如下所示：

 1 package com.diermeng.designPattern.Singleton;
 2 
 3 /*
 4 
 5  * GG单例模式的第三个版本 对函数进行同步
 6 
 7  */
 8 
 9 public class GGVersionThree {
10 
11     //GG的姓名
12 
13     private String name;
14 
15     //对单例本身引用的名称
16 
17     private static GGVersionThree gGVersionThree;
18 
19  
20 
21     public String getName() {
22 
23         return name;
24 
25     }
26 
27  
28 
29     public void setName(String name) {
30 
31         this.name = name;
32 
33     }
34 
35  
36 
37     //构造函数私有化
38 
39     private GGVersionThree() {
40 
41     }
42 
43  
44 
45     //提供一个全局的静态方法，使用同步方法
46 
47     public static synchronized GGVersionThree getGG() {
48 
49         if(gGVersionThree == null) {
50 
51             gGVersionThree = new GGVersionThree();
52 
53         }
54 
55         return gGVersionThree;
56 
57     }
58 
59 }

GG单例模式第四个版本，既解决了“懒汉式的”多线程问题，又解决了资源浪费的现象，看上去是一种不错的选择，具体代码如下所示：

 1 package com.diermeng.designPattern.Singleton;
 2 
 3 /*
 4 
 5  * GG单例模式的第四个版本，既解决了“懒汉式的”多线程问题，又解决了资源浪费的现象，看上去是一种不错的选择
 6 
 7  */
 8 
 9 public class GGVersionFour {
10 
11     //GG的姓名
12 
13     private String name;
14 
15     //对单例本身引用的名称
16 
17     private static GGVersionFour gGVersionFour;
18 
19  
20 
21     public String getName() {
22 
23         return name;
24 
25     }
26 
27  
28 
29     public void setName(String name) {
30 
31         this.name = name;
32 
33     }
34 
35  
36 
37     //构造函数私有化
38 
39     private GGVersionFour() {
40 
41     }
42 
43  
44 
45     //提供一个全局的静态方法
46 
47     public static GGVersionFour getGG() {
48 
49         if(gGVersionFour == null) {
50 
51             synchronized (GGVersionFour.class) {
52 
53                 if(gGVersionFour == null) {
54 
55                     gGVersionFour = new GGVersionFour();
56 
57                 }
58 
59             }
60 
61  
62 
63         }
64 
65         return gGVersionFour;
66 
67     }
68 
69 }

最后我们建立测试客户端测试一下版本四：

 1 package com.diermeng.designPattern.Singleton.client;
 2 
 3 import com.diermeng.designPattern.Singleton.GGVersionFour;
 4 
 5  
 6 
 7 /*
 8 
 9  * 测试客户端
10 
11  */
12 
13 public class SingletonTest {
14 
15     public static void main(String[] args) {
16 
17         //实例化
18 
19         GGVersionFour gG1 = GGVersionFour.getGG();
20 
21         GGVersionFour gG2 = GGVersionFour.getGG();
22 
23         //设值
24 
25         gG1.setName("GGAlias");
26 
27         gG2.setName("GG");
28 
29  
30 
31         System.out.println(gG1.getName());
32 
33         System.out.println(gG2.getName());
34 
35  
36 
37  
38 
39     }
40 
41 }

输出的结果如下：

1 GG
2 
3 GG

单例模式的优缺点分析：

优点：客户端使用单例模式类的实例的时候，只需要调用一个单一的方法即可生成一个唯一的实例，有利于节约资源。

缺点：首先单例模式很难实现序列化，这就导致采用单例模式的类很难被持久化，当然也很难通过网络传输；其次由于单例采用静态方法，无法在继承结构中使用。最后如果在分布式集群的环境中存在多个Java虚拟机的情况下，具体确定哪个单例在运行也是很困难的事情。

单例模式的实际应用简介：

单例模式一般会出现在以下情况下：

在多个线程之间，比如servlet环境，共享同一个资源或者操作同一个对象

在整个程序空间使用全局变量，共享资源

大规模系统中，为了性能的考虑，需要节省对象的创建时间等等。

温馨提示：

细心的读者可能会发现，笔者在写单例模式的双重检查方式的使用了“看上去是一种不错的选择”之语，之所以样说，是因为：Java的线程工作顺序是不确定的，这就会导致在多线程的情况没有实例化就使用的现象，进而导致程序崩溃。不过双重检查在C语言中并没有问题。因为大师说：双重检查对Java语言并不是成立的。尽管如此，双重检查仍然不失为解决多线程情况下单例模式的一种理想的方案。

发表于 2014-05-14 14:16 晓阳110 阅读(236) 评论(0) 编辑收藏举报