單例模式

GitHub代碼

場景描述：假設我們需要一個全局唯一的實例，比如線程池，緩存等。

初步解決：比如所有開發人員通過約定，或者全局變量來實現。
問題：將對象賦值給一個全局變量，但並不一定會立即使用它，從而佔用內存資源，造成資源的浪費。

更好的方案：使用單例模式。

經典的單例模式代碼如下：

public class Singleton {
    private static Singleton uniqueInstance;

    private Singleton(){}

    public static Singleton getInstance(){
        if (uniqueInstance == null){
            uniqueInstance = new Singleton();
        }
        return uniqueInstance;
    }
}

單件模式確保一個類只有一個實例，並提供一個全局訪問點。

這種做法對資源敏感的對象特別重要。

相應的類圖：

新的問題：假設我們的程序是一個多線程的程序，如果使用上述經典代碼就會出現多個單例對象的奇特情況。因爲我們缺少了同步。

第一種解決方案：將方法變爲同步方法。

public class Singleton_One {
    private static Singleton_One uniqueInstance;

    private Singleton_One(){}

    private static synchronized Singleton_One getInstance(){
        if (uniqueInstance == null){
            uniqueInstance = new Singleton_One();
        }
        return uniqueInstance;
    }
}

這種方法帶來的缺陷是每次訪問方法都會進行同步，造成性能的下降。而我們實際上只需要在第一次進行同步即可。

第二種方法，不使用延遲實例化，而是急切的創建實例。

public class Singleton_Two {
    private static Singleton_Two uniqueInstance = new Singleton_Two();

    private Singleton_Two(){}

    public static Singleton_Two getInstance(){
        return uniqueInstance;
    }
}

這種方法的缺陷類似於使用全局變量的問題，雖然提前創建了實例，但我們並不能保證創建了後就立即使用，也會造成一定程度的浪費。

第三種方法，雙重檢查加鎖，曾經的一種經典做法。

public class Singleton_Three {
    private volatile static Singleton_Three uniqueInstance;

    private Singleton_Three(){}

    public static Singleton_Three getInstance(){
        if (uniqueInstance == null){
            synchronized (Singleton_Three.class){
                if (uniqueInstance == null){
                    uniqueInstance = new Singleton_Three();
                }
            }
        }
        return uniqueInstance;
    }
}

只有在第一次進行同步，並且使用了volatile變量避免了重排序造成的問題，但一方面由於其自身的缺陷，另一方面同步性能問題的提升，導致這種解決方案已經變爲歷史，不推薦使用，複雜且難以理解。

第四種方法，延遲初始化佔位類。

public class Singleton_Four {
    private static class ResourceHolder{
        public static Resource resource = new Resource();
    }

    public static Resource getResource(){
        return ResourceHolder.resource;
    }
}

public class Resource {
    // 一個資源類，需要被單例加載
}

當任何線程第一次調用getResource時，都會使ResourceHolder被加載和被初始化，此時靜態初始化器將執行Resource的初始化操作。這種方法在第二種提前實例化的方法上改進而來，並且不需要同步。因此最推薦在多線程情況下使用該方法。

注意：每個類加載器都定義了一個命名空間，如果有兩個以上的類加載器，不同的類加載器可能會加載同一個類，從整個程序來看，同一個類會被加載多次。如果這樣的事情發生在單例上，就會產生多個單例並存的怪異現象。所以如果你的程序有多個類加載器又同時使用了單例模式，請小心。

總結：當你的程序中迫切需要在全局只需一個實例對象的情況時，考慮使用單例模式，並推薦使用延遲初始化佔位類方式避免多線程問題。但過度使用單例模式有可能適得其反，所以在設計時需要慎重考慮。