单例模式详解

最新推荐文章于 2025-04-02 17:38:39 发布

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１、什么是单例模式

单例模式，也叫单子模式（来自Ｗiki），是一种常用的软件设计模式。

在应用这个模式时，单例对象的类必须保证只有一个实例存在。许多时候整个系统只需要拥有一个的全局对象，这样有利于我们协调系统整体的行为。比如在某个服务器程序中，该服务器的配置信息存放在一个文件中，这些配置数据由一个单例对象统一读取，然后服务进程中的其他对象再通过这个单例对象获取这些配置信息。这种方式简化了在复杂环境下的配置管理。

实现单例模式的思路是：

　　　一个类能返回对象一个引用(永远是同一个)和一个获得该实例的方法（必须是静态方法，通常使用getInstance这个名称）；

　　　当我们调用这个方法时，如果类持有的引用不为空就返回这个引用，如果类保持的引用为空就创建该类的实例并将实例的引用赋予该类保持的引用；

　　　同时我们还将该类的构造函数定义为私有方法，这样其他处的代码就无法通过调用该类的构造函数来实例化该类的对象，只有通过该类提供的静态方法来得到该类的唯一实例。

单例模式在多线程的应用场合下必须小心使用。如果当唯一实例尚未创建时，有两个线程同时调用创建方法，那么它们同时没有检测到唯一实例的存在，从而同时各自创建了一个实例，这样就有两个实例被构造出来，从而违反了单例模式中实例唯一的原则。解决这个问题的办法是为指示类是否已经实例化的变量提供一个互斥锁(虽然这样会降低效率)。

图一：单例UML类图

常见的实现方式：

（１）饿汉模式(线程安全但效率比较低)：

  public class Singleton {
    　　　　// Private constructor suppresses
　　　private Singleton() {}
　　　private final static Singleton INSTANCE = new Singleton();
　　　// default public constructor
　　　public static Singleton getInstance() {        return INSTANCE;
　　　}  
}

（２）饱汉模式(非线程安全)

  public class Singleton {
    　　　// Private constructor suppresses
　　　private Singleton() {}
　　　private static Singleton INSTANCE;
 
    　// default public constructor
    　public static Singleton getInstance() {
        if(INSTANCE == null){
            instance = new Singleton();
        }
　　　　　return INSTANCE;
     }
  }

（３）同步方法(安全，但效率低下)

  public class Singleton {
    　　　// Private constructor suppresses
　　　private Singleton() {}
　　　private static Singleton INSTANCE;
 
    　// default public constructor
    　public static synchronized　Singleton getInstance() {
        if(INSTANCE == null){
            instance = new Singleton();
        }
　　　　　return INSTANCE;
     }
  }

（４）双重锁模式(线程安全、效率高)：

应用的例子如下述代码所示 (此种方法只能用在JDK5及以后版本(注意 INSTANCE 被声明为 volatie)，之前的版本使用“双重检查锁”会发生非预期行为

  public class Singleton {
    private static volatile Singleton INSTANCE = null;
 
    // Private constructor suppresses 
    // default public constructor
    private Singleton() {}
 
    //thread safe and performance  promote 
    public static Singleton getInstance() {
        if(INSTANCE == null){
             synchronized(Singleton.class){
                 //when more than two threads run into the first null check same time, to avoid instanced more than one time, it needs to be checked again.
                 if(INSTANCE == null){ 
                     INSTANCE = new Singleton();
                  }
              } 
        }
        return INSTANCE;
    }
  }

（５）防反射单例

  public class Singleton {
    private static volatile Singleton INSTANCE = new Singleton();
 
    // Private constructor suppresses 
    // default public constructor
    private Singleton() {
       if(INSTANCE != null){
           throw new RuntimeException("Something is wrong!");
       }
    }
  
    public static Singleton getInstance() {
       return INSTANCE;
    }
 }

（６）防序列化单例

public class Singleton implements Serializable {
    
    private static final long serialVersionUID = -3100270281707074474L;  
 
　　 private static transient final Singleton INSTANCE = new Singleton();
 
    // Private constructor suppresses 
    // default public constructor
    private Singleton() {
       if(INSTANCE != null){
           throw new RuntimeException("Something is wrong!");
       }
    }
  
    public static Singleton getInstance() {
       return INSTANCE;
    }

    private Object readResolve() {           return INSTANCE;
    }
 }

（７）枚举单例（绝美，有待细究，当然JDK 5或者以后版本才能使用哦引自：http://joshuasabrina.iteye.com/blog/1825500）

public eunm Singleton {
   INSTANCE;
   public static Singleton getInstance(){
       INSTANCE;
   }
}

模式动机

一个系统中可以存在多个打印任务，但是只能有一个正在工作的任务；

一个系统只能有一个窗口管理器或文件系统；

一个系统只能有一个计时工具或ID(序号)生成器。

如在Windows中就只能打开一个任务管理器。如果不使用机制对窗口对象进行唯一化，将弹出多个窗口，如果这些窗口显示的内容完全一致，则是重复对象，浪费内存资源；如果这些窗口显示的内容不一致，则意味着在某一瞬间系统有多个状态，与实际不符，也会给用户带来误解，不知道哪一个才是真实的状态。因此有时确保系统中某个对象的唯一性即一个类只能有一个实例非常重要。

单例模式要点

显然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。

从具体实现角度来说，就是以下三点：一是单例模式的类只提供私有的构造函数，二是类定义中含有一个该类的静态私有对象，三是该类提供了一个静态的共有的函数用于创建或获取它本身的静态私有对象。

在下面的对象图中，有一个"单例对象"，而"客户甲"、"客户乙" 和"客户丙"是单例对象的三个客户对象。可以看到，所有的客户对象共享一个单例对象。而且从单例对象到自身的连接线可以看出，单例对象持有对自己的引用。

一些资源管理器常常设计成单例模式。

在计算机系统中，需要管理的资源包括软件外部资源。
　　　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。

需要管理的资源包括软件内部资源，
　　　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，不可政出多头。

　　　这些资源管理器构件必须只有一个实例，这是其一；它们必须自行初始化，这是其二；允许整个系统访问自己，这是其三。因此，它们都满足单例模式的条件，是单例模式的应用。