Java設計模式之從[反恐精英控制檯]分析單例(Singleton)模式

　　所謂單例模式(Singleton)，就是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的模式。

　　玩過反恐精英的同學應該都知道，遊戲當中是有個控制檯的，我們可以通過按`鍵（波浪線鍵）調出這個控制檯。控制檯的目的是爲了方便開發人員調試，當然我們也可以在裏面來修改一些遊戲參數，如輸入SV_GRAVITY 100可以把重力調整到100，那麼我們跳躍的高度就是原來的8倍了。

　　由於控制檯的遊戲的全局通用的，因此我們希望這個控制檯類僅有一個實例。當我們訪問它的時候，如果它沒有實例化，則實例化之，如果它實例化了我們則返回它實例化的對象。這便是單例模式。

　　那麼，以Java爲例，我們應該在何時將類的對象實例化呢？是在第一次加載類的時候？第一次需要返回實例的時候？因爲對象的實例化時間順序的差異，我們可以寫出幾種單例模式的實現方法，本篇文字以懶漢、餓漢、嵌套類（內部靜態類）三種方法爲例。代碼如下：

class Log {
    public void print(String str){
        System.out.println(str + " - From 懶漢" );
    }
    private static Log logInstance;
    private Log(){}
    public static synchronized Log getInstance(){
        if (logInstance == null){
            logInstance = new Log();
        }
        return logInstance;
    }
}

class Log2{
    private static Log2 logInstance = new Log2();
    private Log2(){}
    public void print(String str){
        System.out.println(str + " - From 餓漢" );
    }
    public static Log2 getInstance(){
        return logInstance;
    }
}

class Log3{
    private static class LogHolder{
        private static final Log3 logInstance = new Log3();
    }
    private Log3(){}
    public static Log3 getInstance(){
        return LogHolder.logInstance;
    }
    public void print(String str){
        System.out.println(str + " - From 內部靜態類" );
    }
}

class Singleton
{
    public static void main(String[] args) {
        Log log = Log.getInstance();
        log.print("Hello world");
        Log2 log2 = Log2.getInstance();
        log2.print("Hello world");
        Log3 log3 = Log3.getInstance();
        log3.print("Hello world");
    }
}

　　在上面的例子中，Log、Log2和Log3分別用懶漢、餓漢、內部靜態類實現了單例模式，它們能夠調用print方法，輸出我們傳入的字符串。下面簡要來分析一下這3個類之間的差異。

　　Log類可以調用getInstance來返回一個Log實例，如果這個實例沒有被創建，則進行創建，否則直接返回實例，這個就是懶漢模式（需要的時候才進行判斷）。由於判斷是否存在和創建存在時間差，因此我加上了synchronized關鍵字保證它不會在多線程中遭到爭搶。這樣寫的代價是，系統會在同步鎖上有很大的開銷，假設很多地方需要使用到getInstance，那麼時間開銷會很大。

　　Log2類，將實例化寫在了一個static語句中，那麼，只要這個類被加載（這個類第一次被使用）時，就會創建logInstance對象。假設這個對象十分龐大，那麼我們在加載這個類的時候會花很多時間。另外，假設new Log2()執行失敗，我們將永遠無法得到Log2的實例。只要這個類被加載，則對象被創建，這個就是餓漢。

　　Log3類包含一個嵌套類（內部靜態類），它是Log2類的升級版。我們可以看到，logInstance的實例化被寫到了一個嵌套類中，那麼這個嵌套類被加載的時間也就是調用Log3.getInstance的時間，也就是說，只有我們調用了Log3.getInstance，這個對象纔會被創建。

　　以上程序的運行結果爲：

Hello world - From 懶漢
Hello world - From 餓漢
Hello world - From 內部靜態類

　　當一個類只期望有一個實例，且客戶可以從一個衆所周知的地方訪問它時，就可以考慮單例模式了。