设计模式之01单例模式（笔记）

1 定义：

1.1文字定义：Ensure a classhas only one instance, and provide a global point of access to it.(确保某一个类只有一个实例，而且自行实例化并向整个系统提供这个实例。)

1.2通用类图：

图1 单例模式通用类图

1.3通用代码：

public class Singleton {
         privatestatic final Singleton singleton = new Singleton();
        
         //限制产生多个对象
         privateSingleton(){
         }
        
         //通过该方法获得实例对象
         publicstatic Singleton getSingleton(){
                   returnsingleton;
         }
        
         //类中其他方法，尽量是static
         publicstatic void doSomething(){
         }
}

 

2优点：

• 内存仅有一个实例，减少内存开支；特别是一个对象需要频繁地创建、销毁时，而且创建或销毁时性能又无法优化，单例模式的优势就非常明显。
• 当一个对象的产生需要比较多的资源时，如读取配置、产生其他依赖对象时，则可以通过在应用启动时直接产生一个单例对象，然后用永驻留内存的方式来解决（在Java EE中注意JVM垃圾回收机制）。
• 单例模式可以在系统设置全局的访问点，优化和共享资源访问，例如可以设计一个单例类，负责所有数据表的映射处理。

 

3缺点：

3.1 单例模式一般没有接口，扩展很困难，若要扩展，除了修改代码基本上没有别的途径。单例模式为什么不能增加接口呢？因为接口对单例模式是没有任何意义的，它要求“自行实例化”，并且提供单一实例。接口、抽象类是不可能被实例化的。当然特殊情况下，单例模式可以实现接口、被继承等，需要在系统开中根据环境判断。

3.2 单例模式对测试不利。在并行开发环境中，如果单例没有完成，是不能进行测试的。

3.3 单例模式与单一职责原则有冲突。一个类应该只实现一个逻辑，而不关心它是否是单例的，是不是要取决于环境，单例模式把“要单例”和业务逻辑融合在一个类中。

4使用场景：

在一个系统中，要求一个类有且仅有一个对象，如果出现多个对象就会出现“不良反应”，可以采用单例模式，具体场景如下：

• 要求生成唯一序列号的环境；
• 在整个项目中需要一个共享访问点或共享数据，如计数器；
• 创建一个对象需要消耗资源过多，如要访问IO和数据库等资源；
• 需要定义大量的静态常量和静态方法（如工具类）的环境，可以采用单例模式。

 

5注意事项：

5.1 高并发时注意单例模式的线程同步问题。

         在单例的实例化时，有“饿汉式”如1.3中实例化方法；也有使用同步方法，仅在需要时创建的方式，这种方式称为“懒汉式”单例；后者不是优秀的方式，前者为推荐方式。

         若后者未添加同步关键字，则可能导致“创建 赋值”过程中，被另一调用再次创建。

5.2 考虑对象复制情况。

         在Java中，对象默认是不可以被复制的，若实现了Cloneable接口，并实现了clone方法，则可以直接通过对象复制方式创建一个新对象，对象复制不调用类的构造函数，因此即使是私有的构造函数，对象仍然可以被复制。即，单例类不要实现Cloneable接口。

  

6扩展：

         如果一个类只要一个对象，使用单例模式即可；如果一个类可以只要两个、三个对象呢？亦可参照单例模式，静态初始若干实例，然后使用时或随机或按某种规则取出即可。

  

7范例：

 单例用法（计数器类，部分工具类）

 

package _01_Singleton;

public class Counter {
	private static final Counter counter = new Counter();//创建实例 
	private static int total = 0;
	private Counter(){}
	
	public static Counter getInstance(){//获取实例
		return counter;
	}
	
	//做点事。
	public synchronized void Increase(){
		total++;
	}
	//做点事。
	public synchronized int getTotal(){
		return total;
	}
	
	//工具类可参考
	public static void whatAmI(){
		System.out.println("我是计数器工具方法");
	}
}

测试：

 

package _01_Singleton;

public class TestCounter {

	public static void main(String[] args) {
		Counter.whatAmI();
		Counter c = Counter.getInstance();
		for(int i=0; i<10; i++){
			c.Increase();
			System.out.println("The current total is : " + c.getTotal());
		}
	}
}

结果：

我是计数器工具方法
The current total is : 1
The current total is : 2
The current total is : 3
The current total is : 4
The current total is : 5
The current total is : 6
The current total is : 7
The current total is : 8
The current total is : 9
The current total is : 10

 

注意：

使用单例模式需要注意的一点就是JVM的垃圾回收机制，如果我们的一个单例对象在内存中长久不使用，JVM就认为这个对象是一个垃圾，在CPU资源空闲的情况下，该对象会被清理掉，下次再调用时就需要重新产生一个对象。如果我们在应用中使用单例类作为有状态值（如计数器）的管理，则会出现恢复原状的情况，应用就会出现故障。如果确实需要采用单例模式来记录有状态的值，有两种方法可以解决该问题：（下述为转述，未尝试）

由容器管理单例的生命周期

JavaEE容器或者框架级容器（如Spring）可以让对象长久驻留内存。当然，自行通过管理对象的生命期也是一个可行的办法，既然有那么多的工具提供我们，为什么不用呢？

状态随时记录

可以使用异步记录的方式，或者使用观察者模式，记录状态的变化，写入文件或写入数据库中，确保即使单例对象重新初始化也可以从资源环境获得销毁前的数据，避免应用数据丢失。