【设计模式】创建型-单例模式

原创已于 2025-08-23 20:34:17 修改 · 300 阅读

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#设计模式 #单例模式

于 2025-08-21 19:59:25 首次发布

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《西游记》的美猴王孙悟空只能有一个，不可能存在多个孙悟空把？啥？你见过两个孙悟空？其中一个还把唐僧的行李抢走并打晕了，另一个在水帘洞！噢噢那不就是真假美猴王那一集么？俩猴子找谛听，观音，阎王都分辨不出真假，最终还是闹到如来佛祖那里了，最后假的也就是六耳猕猴变得，被孙悟空KO了。

通过这个故事在我们编程的领域，有很多场景就像美猴王一样，不可能存在多个，只能有一个，比如管理数据库的类，某个业务代码所属的类等等，也就是说你的系统中某个功能类需要唯一性的时候，这样的类，我们就要用到单例模式了。先看下不使用的代码：

我们建个美猴王类：

public class MonkeyKing {

    public void eye() {
        System.out.println("我会火眼金睛");
    }

    public void magic() {
        System.out.println("我会72变");
    }

}

然后再建两个神仙辨别真假美猴王：

public class Guanyin {

    private TrueAndFalseMonkeyKing.MonkeyKing monkeyKing1 = new TrueAndFalseMonkeyKing.MonkeyKing();
    private TrueAndFalseMonkeyKing.MonkeyKing monkeyKing2 = new TrueAndFalseMonkeyKing.MonkeyKing();

    public void distinguish() {
        System.out.println("猴子1技能");
        monkeyKing1.eye();
        monkeyKing1.magic();
        System.out.println("猴子2技能");
        monkeyKing2.eye();
        monkeyKing2.magic();
    }

}

public class Rulai {

    private TrueAndFalseMonkeyKing.MonkeyKing monkeyKing1 = new TrueAndFalseMonkeyKing.MonkeyKing();
    private TrueAndFalseMonkeyKing.MonkeyKing monkeyKing2 = new TrueAndFalseMonkeyKing.MonkeyKing();

    public void distinguish() {
        if(monkeyKing1 != monkeyKing2) {
            System.out.println("两个猴子不一样 其中一个必定是假");
        } else {
            System.out.println("是同一个猴子");
        }
    }

}

最后我们让如来和观音去辨别：

public static void main(String[] args) {
    Guanyin guanyin = new Guanyin();
    guanyin.distinguish();

    Rulai rulai = new Rulai();
    rulai.distinguish();
}

最终的结果可想而知，观音菩萨没有分辨出，而如来佛祖一下子就区分出来了。

我们把猴子改造一下，让他无论怎样都只有实例，并且把如来与观音创建猴子的地方改为getInstance() ：

public class MonkeyKing {

    private static MonkeyKing instance;

    private MonkeyKing() {}

    public static MonkeyKing getInstance() {
        if (instance == null) {
           instance = new MonkeyKing();
        }
        return instance;
    }

    public void eye() {
        System.out.println("我会火眼金睛");
    }

    public void magic() {
        System.out.println("我会72变");
    }

}

public class Guanyin {

    private MonkeyKing monkeyKing1 = MonkeyKing.getInstance();
    private MonkeyKing monkeyKing2 = MonkeyKing.getInstance();

    public void distinguish() {
        System.out.println("猴子1技能");
        monkeyKing1.eye();
        monkeyKing1.magic();
        System.out.println("猴子2技能");
        monkeyKing2.eye();
        monkeyKing2.magic();
    }

}

public class Rulai {

    private MonkeyKing monkeyKing1 = MonkeyKing.getInstance();
    private MonkeyKing monkeyKing2 = MonkeyKing.getInstance();

    public void distinguish() {
        if(monkeyKing1 != monkeyKing2) {
            System.out.println("两个猴子不一样 其中一个必定是假");
        } else {
            System.out.println("是同一个猴子");
        }
    }

}

运行main函数之后，观音还是分辨不出，但是如来能分辨是不是同一只猴子了。

通过美猴王类的代码，我们能看到单例模式要求我们提供一个getInstance方法来返回唯一的对象，但是仅提供这个方法还不够，我们需要在方法前加上static关键字。这表明全局仅有一份getInstance方法，而构造器我们用私有的，就是防止用户不小心直接new出来对象造成该类会产生多个。当然，设计模式应该与语言无关，而关键字static并不是每种语言都有，像GO语言就没有，那怎么办？这些语言，一般都会存在全局变量，不像java，必须把变量约束在类中。要创建单例的对象，只能用锁机制去保护了。

说到锁，在java中也是很重要的，就像美猴王类，如果有多个线程去调用getInstance，那么就会产生数据竞争了，也可能会产生多个实例，所以我们就要加锁，防止多线程调用产生的数据竞争。

public static synchronized MonkeyKing getInstance() {
    if (instance == null) {
        instance = new MonkeyKing();
    }
    return instance;
}

我们在方法前面加上了synchronized关键字，这样就能保护它了。关于单例模式有好几种变体，都是与防止多线程竞争相关的。这里我就不再举例了，大家可以自行查找。

最后给出GOF的标准定义：确保一个类只有一个实例，并提供一个全局访问点来访问该实例。

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