淺談23種設計模式（單例模式）

淺談23種設計模式（java版）

單例模式

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• 什麼是設計模式

  • 設計模式（Design Pattern）是一套被反覆使用、多數人知曉的、經過分類的、代碼設計經驗的總結，使用設計模式的目的是爲了提高代碼的可重用性，使得代碼更加符合人類的理解思維。

• 什麼是單例模式

  • 單例顧名思義在整個系統中只有一個類的實例對象。

• 這有什麼好處

  • 有一些對象我們確實只需要一個，例如，線程池，緩存，對話框，日誌對象等等，就只能有一個實例，如果創建多個實例，就會導致許多問題，例如程序運行異常，運行結果不一致等問題。

• 不簡單的單例模式

  • 雖然單例模式聽起來簡單易懂，但是真正想實現一個單例模式也不是那麼容易的，如何保證一個對象只能實例化一次，如何保證多線程下的線程安全問題等等。

• 接下來讓我們一步一步的來實現單例模式

  • 如何創建一個對象？

    new Singleton();

  • 如果其它對象想創建Singleton會怎麼樣？ 可以再次創建嗎？

    是的，當然可以

  • 如果有一個類我們是否可以多次實例化它？

    答案是：當然可以了， 只要你的類是公開的

  • 如果不公開類會怎麼樣？

    如果不公開類，那只有同一個包內的類可以實例化它，並可以實例化多次（小夥子你好摳）

  • 我們可以讓外部無法實例化它嗎？

    當然可以了，如果我們把它的構造方器定義爲私有的，除了它的內部類可以初始化它，其它對象都不能初始化它，當然也就不能實例化它（讓人活不了）

      public Singleton{
          private Singleton(){ }
      }
    

  • 我覺得私有構造器是不是有點不合理？

    沒錯確實有點不合理，因爲我們必須有Singleton類的實例纔可以調用該類的構造器，但沒有類能實例化它，所以我們得不到它的實例，這就好比 “雞生蛋，蛋生雞”,我們只能在類內部調用構造器。

  • 我有個想法你認爲如何？

    如果我們在類的內部創建一個靜態方法去調用它如何。

     public Singleton{
          private Singleton(){ }
          public static Singleton getInstance(){
          }
     }
    

  • 爲什麼 調用getInstance() 不用對象名而用類名？

    因爲getInstance()方法是靜態的，靜態方法是屬於類而非屬於對象的，所以調用用它只能用類名。

  • 有意思，如果把上面的組合在一起會如何？

    我們就能夠在getInstance()方法中愉快的進行實例的創建了。

    public Singleton{
         private Singleton(){ }
         public static Singleton getInstance(){
             return new Singleton();
       }
    } 
    

  • 我們是否解決了實例化問題？

    對，我們已經可以實例化對象了，但也僅僅是實例化對象，並沒有保證對象唯一。

  • 如何保證對象的唯一性？

    我們改造一下上面的代碼

     //懶漢模式 
     public Singleton{
          //保存實例化的對象
          private static Singleton  singleton = null;
          private Singleton(){ }
          public static Singleton getInstance(){
             if(singleton == null){
                  return new Singleton();
             }
             else{
                  return singleton;
             }
        }
    } 
    

        //餓漢模式
         public Singleton{
         //類加載時候就創建對象（因爲是靜態變量所以只加載一次保證了實例唯一）
         private static Singleton  singleton = new Singleton()l;
         private Singleton(){ }
         public static Singleton getInstance(){				     
                 return singleton;				 
       }
    } 
    

    以上兩種模式創建單例對象。

  • 有個問題出現瞭如果在多線程情況下會如何？

    我們發現在懶漢模式下可能會出現多個線程創建多個實例的情況，這就違背了我們單例原則了。

  • 如何解決多線程下的安全問題？

    使用synchronized 關鍵字同步代碼塊

       //懶漢模式 
      public Singleton{
           //保存實例化的對象
           private static Singleton  singleton = null;
           private Singleton(){ }
           //加入同步關鍵字使得同一時間只能有一個線程實例化該類
           public static synchronized Singleton getInstance(){
              if(singleton == null){
                   return new Singleton();
              }
              else{
                   return singleton;
              }
         }
     }    
    

    但是我們只有第一次執行纔會同步，顯然上面的每次執行都同步影響效率

  • 我們如何改善多線程？

    使用雙重鎖 首先檢查實例是否創建，如果未創建纔會同步，並且只有第一次同步。

        //懶漢模式 
      public Singleton{
           //使用volatile關鍵字 保證當Single 創建時，多線程能正確處理
           private volatile static Singleton  singleton = null;
           private Singleton(){ }
           //加入同步關鍵字使得同一時間只能有一個線程實例化該類
           public static Singleton getInstance(){
              if(singleton == null){
                    synchronized (Singleton.class){
                         if(singleton == null){
                             singleton = new Singleton();
                         }
                    }			              
              }
              return singleton;
         }
     }  
    

  • 總結

    看到這裏是不是在想單例也不是那麼容易創建的，需要考慮如何保證唯一實例，多線程下如何保證實例唯一，如何優化多線程等等，但是隻要我們一步一步的學習，不要操之過急，認真思考，多加練習，再難的設計模式也能學會。 後續我會加入工廠模式繼續優化單例的創建