研磨设计模式之 单例模式-4
3.8 在Java中一种更好的单例实现方式
根据上面的分析，常见的两种单例实现方式都存在小小的缺陷，那么有没有一种方案，既能够实现延迟加载，又能够实现线程安全呢？
还真有高人想到这样的解决方案了，这个解决方案被称为Lazy initialization holder class模式，这个模式综合使用了Java的类级内部类和多线程缺省同步锁的知识，很巧妙的同时实现了延迟加载和线程安全。
1：先来看点相应的基础知识
先简单的看看类级内部类相关的知识。
- 什么是类级内部类？
简单点说，类级内部类指的是：有static修饰的成员式内部类。如果没有static修饰的成员式内部类被称为对象级内部类。 - 类级内部类相当于其外部类的static成分，它的对象与外部类对象间不存在依赖关系，因此可直接创建。而对象级内部类的实例，是绑定在外部对象实例中的。
- 类级内部类中，可以定义静态的方法，在静态方法中只能够引用外部类中的静态成员方法或者成员变量。
- 类级内部类相当于其外部类的成员，只有在第一次被使用的时候才会被装载
再来看看多线程缺省同步锁的知识。
大家都知道，在多线程开发中，为了解决并发问题，主要是通过使用synchronized来加互斥锁进行同步控制。但是在某些情况中，JVM已经隐含地为您执行了同步，这些情况下就不用自己再来进行同步控制了。这些情况包括：
- 由静态初始化器（在静态字段上或 static{} 块中的初始化器）初始化数据时
- 访问 final 字段时
- 在创建线程之前创建对象时
- 线程可以看见它将要处理的对象时
2：接下来看看这种解决方案的思路
要想很简单的实现线程安全，可以采用静态初始化器的方式，它可以由JVM来保证线程安全性。比如前面的“饿汉式”实现方式，但是这样一来，不是会浪费一定的空间吗？因为这种实现方式，会在类装载的时候就初始化对象，不管你需不需要。
如果现在有一种方法能够让类装载的时候不去初始化对象，那不就解决问题了？一种可行的方式就是采用类级内部类，在这个类级内部类里面去创建对象实例，这样一来，只要不使用到这个类级内部类，那就不会创建对象实例。从而同时实现延迟加载和线程安全。
看看代码示例可能会更清晰，示例代码如下：
public class Singleton {
/**
* 类级的内部类，也就是静态的成员式内部类，该内部类的实例与外部类的实例
* 没有绑定关系，而且只有被调用到才会装载，从而实现了延迟加载
*/
private static class SingletonHolder{
/**
* 静态初始化器，由JVM来保证线程安全
*/
private static Singleton instance = new Singleton();
}
/**
* 私有化构造方法
*/
private Singleton(){
}
public static Singleton getInstance(){
return SingletonHolder.instance;
}
}
仔细想想，是不是很巧妙呢！
当getInstance方法第一次被调用的时候，它第一次读取SingletonHolder.instance，导致SingletonHolder类得到初始化；而这个类在装载并被初始化的时候，会初始化它的静态域，从而创建Singleton的实例，由于是静态的域，因此只会被虚拟机在装载类的时候初始化一次，并由虚拟机来保证它的线程安全性。
这个模式的优势在于，getInstance方法并没有被同步，并且只是执行一个域的访问，因此延迟初始化并没有增加任何访问成本。
3.9 单例和枚举
按照《高效Java 第二版》中的说法：单元素的枚举类型已经成为实现Singleton的最佳方法。
为了理解这个观点，先来了解一点相关的枚举知识，这里只是强化和总结一下枚举的一些重要观点，更多基本的枚举的使用，请参看Java编程入门资料：
- Java的枚举类型实质上是功能齐全的类，因此可以有自己的属性和方法
- Java枚举类型的基本思想：通过公有的静态final域为每个枚举常量导出实例的类
- 从某个角度讲，枚举是单例的泛型化，本质上是单元素的枚举
用枚举来实现单例非常简单，只需要编写一个包含单个元素的枚举类型即可，示例代码如下：
/**
* 使用枚举来实现单例模式的示例
*/
public enum Singleton {
/**
* 定义一个枚举的元素,它就代表了Singleton的一个实例
*/
uniqueInstance;
/**
* 示意方法，单例可以有自己的操作
*/
public void singletonOperation(){
//功能处理
}
}
使用枚举来实现单实例控制，会更加简洁，而且无偿的提供了序列化的机制，并由JVM从根本上提供保障，绝对防止多次实例化，是更简洁、高效、安全的实现单例的方式。
3.10 思考单例模式
1：单例模式的本质
单例模式的本质：控制实例数目。
单例模式是为了控制在运行期间，某些类的实例数目只能有一个。可能有人就会想了，那么我能不能控制实例数目为2个，3个，或者是任意多个呢？目的都是一样的，节省资源啊，有些时候单个实例不能满足实际的需要，会忙不过来，根据测算，3个实例刚刚好，也就是说，现在要控制实例数目为3个，怎么办呢？
其实思路很简单，就是利用上面通过Map来缓存实现单例的示例，进行变形，一个Map可以缓存任意多个实例，新的问题就是，Map中有多个实例，但是客户端调用的时候，到底返回那一个实例呢，也就是实例的调度问题，我们只是想要来展示设计模式，对于这个调度算法就不去深究了，做个最简单的，循环返回就好了，示例代码如下：
/**
* 简单演示如何扩展单例模式，控制实例数目为3个
*/
public class OneExtend {
/**
* 定义一个缺省的key值的前缀
*/
private final static String DEFAULT_PREKEY = "Cache";
/**
* 缓存实例的容器
*/
private static Map<String,OneExtend> map =
new HashMap<String,OneExtend>();
/**
* 用来记录当前正在使用第几个实例，到了控制的最大数目，就返回从1开始
*/
private static int num = 1;
/**
* 定义控制实例的最大数目
*/
private final static int NUM_MAX = 3;
private OneExtend(){}
public static OneExtend getInstance(){
String key = DEFAULT_PREKEY+num;
//缓存的体现，通过控制缓存的数据多少来控制实例数目
OneExtend oneExtend = map.get(key);
if(oneExtend==null){
oneExtend = new OneExtend();
map.put(key, oneExtend);
}
//把当前实例的序号加1
num++;
if(num > NUM_MAX){
//如果实例的序号已经达到最大数目了，那就重复从1开始获取
num = 1;
}
return oneExtend;
}
public static void main(String[] args) {
//测试是否能满足功能要求
OneExtend t1 = getInstance ();
OneExtend t2 = getInstance ();
OneExtend t3 = getInstance ();
OneExtend t4 = getInstance ();
OneExtend t5 = getInstance ();
OneExtend t6 = getInstance ();
System.out.println("t1=="+t1);
System.out.println("t2=="+t2);
System.out.println("t3=="+t3);
System.out.println("t4=="+t4);
System.out.println("t5=="+t5);
System.out.println("t6=="+t6);
}
}
测试一下，看看结果，如下：
t1==cn.javass.dp.singleton.example9.OneExtend@6b97fd t2==cn.javass.dp.singleton.example9.OneExtend@1c78e57 t3==cn.javass.dp.singleton.example9.OneExtend@5224ee t4==cn.javass.dp.singleton.example9.OneExtend@6b97fd t5==cn.javass.dp.singleton.example9.OneExtend@1c78e57 t6==cn.javass.dp.singleton.example9.OneExtend@5224ee
第一个实例和第四个相同，第二个与第五个相同，第三个与第六个相同，也就是说一共只有三个实例，而且调度算法是从第一个依次取到第三个，然后回来继续从第一个开始取到第三个。
当然这里我们不去考虑复杂的调度情况，也不去考虑何时应该创建新实例的问题。
注意：这种实现方式同样是线程不安全的，需要处理，这里就不再展开去讲了。
2：何时选用单例模式
建议在如下情况中，选用单例模式：
- 当需要控制一个类的实例只能有一个，而且客户只能从一个全局访问点访问它时，可以选用单例模式，这些功能恰好是单例模式要解决的问题
3.11 相关模式
很多模式都可以使用单例模式，只要这些模式中的某个类，需要控制实例为一个的时候，就可以很自然的使用上单例模式。比如抽象工厂方法中的具体工厂类就通常是一个单例。
单例模式结束,谢谢各位的捧场,鞠躬ing
