創建型_單例模式(Singleton Pattern)

基本概念

1. 意圖：保證一個類僅有一個實例，並提供一個訪問它的全局訪問點
2. 主要成分：
   a. 私有靜態成員變量
   b. 私有構造器
   c. 公有靜態get方法
3. UML圖
   

實現方法

餓漢模式

tip1：在類準備階段中實現變量初始化，直接通過get方法獲取初始化後的類變量

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

懶漢模式

1. 非線程安全版本
   tip1：只適用於單線程，多線程不適用
   
   多線程不適用的原因：
   step1：初始instance爲null
   step2：多個線程同時訪問getInstance()方法
   step3：多個線程的條件判斷都滿足(即instance等於null)，於是創建了兩個或多個Singleton對象
   summary：非線程安全版本在多線程時，違背了Singleton模式的初衷

class Singleton{
	private static Singleton instance=null;
	
	private Singleton() {}
	public static Singleton getInstance() {
		if(instance==null) {
			instance=new Singleton();
		}
		return instance;
	}
}

2. 線程安全版本
   tip1：對getInstance()加鎖
   tip2：鎖的代價過高(多個線程同時讀，沒必要加鎖)，因此不適用於高併發的情況，如Web開發
   
   實現多線程的流程：假設有多個線程A、B…
   step1：初始instance爲null
   step1：多個線程同時訪問getInstance()方法
   step2：最先訪問的線程A先向下執行，並對getInstance()方法 加鎖，此時其他線程無法向下執行
   step3：線程A中符合條件instance等於null，調用構造器，instance不等於空
   step4：…直到線程A釋放鎖，其他方法才能使用getInstance()方法

class Singleton{
	private static Singleton instance=null;
	
	private Singleton() {}
	public static Singleton getInstance() {
		synchronized (Singleton.class) {
			if(instance==null) {
				instance=new Singleton();
			}
		}
		return instance;
	}
}

3. 雙檢查鎖(double check)
   tip1：鎖前檢查，避免了線程安全版本代價過高的問題
   tip2：鎖後檢查，避免了多個線程創建多個對象的問題
   
   對於instance=new Singleton();語句，在計算機中的實現可分爲如下3個步驟
   stepA：分配內存
   stepB：調用構造器，對分配的內存進行初始化
   stepC：將內存的地址給instance
   但是由於內存讀寫reoder(重排列優化問題)不安全，使得該實現步驟出現stepA、stepC、stepB的情況
   從而使得多個線程的instance僅僅拿到一個原生的地址(即不含內容)

class Singleton{
	private static Singleton instance;
	
	private Singleton() {}
	public static Singleton getInstance() {
		if(instance==null) {//鎖前檢查
			synchronized (Singleton.class) {
				if(instance==null) {//鎖後檢查
					instance=new Singleton();
				}
			}
		}
		return instance;
	}
}

3. 改進的雙檢查鎖
   tip1：對變量instance增加volatile聲明。表示編譯器不能對其進行優化，則可以保證instance的整個構造過程按stepA、stepB、stepC順序執行

class Singleton{
	private static volatile Singleton instance;
	
	private Singleton() {}
	public static Singleton getInstance() {
		if(instance==null) {
			synchronized (Singleton.class) {
				if(instance==null) {
					instance=new Singleton();
				}
			}
		}
		return instance;
	}
}

¹²

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1. Singleton模式中構造器可以設置爲protected，以允許子類派生 ↩︎

2. Singleton模式一般不要支持拷貝構造函數和Clone接口，因爲這可能導致多個對象實例，與Singleton模式的初衷相違背 ↩︎