單例模式

參考資料：

https://www.imooc.com/video/1772

https://www.cnblogs.com/damsoft/p/6105122.html

單例模式實踐代碼

1、設計模式簡介

設計模式是前輩們在多年開發工作中經驗的總結，可以提高代碼的可重用性、可靠性和規範性，讓代碼更容易理解，而單例模式是在Java中最重要、最簡單、最常用的設計模式之一。

2、什麼是單例模式

定義一

確保一個類之後一個實例，而且自行實例化並向整個系統提供這個實例，這個類稱爲單例類，提供了全局訪問的方法。單例模式是一種對象創建型模式。




定義二

單例模式（Singleton），也叫單子模式，是一種常用的軟件設計模式。在應用這個模式時，單例對象的類必須保證只有一個實例存在。

3、單例模式應用場合

單例模式只允許創建一個對象，因此節省內存，加快對象訪問速度，因此對象需要被公用的場合適合使用，如多個模塊使用同一個數據源連接對象等等。如：

（1）需要頻繁實例化然後銷燬的對象。

（2）創建對象時耗時過多或者耗資源過多，但又經常用到的對象。

（3）有狀態的工具類對象。

（4）頻繁訪問數據庫或文件的對象。

以下都是單例模式的經典使用場景：

（1）資源共享的情況下，避免由於資源操作時導致的性能或損耗等。如上述中的日誌文件，應用配置。

（2）控制資源的情況下，方便資源之間的互相通信。如線程池等。

應用場景舉例：

1>.外部資源：每臺計算機有若干個打印機，但只能有一個PrinterSpooler，以避免兩個打印作業同時輸出到打印機。內部資源：大多數軟件都有一個（或多個）屬性文件存放系統配置，這樣的系統應該有一個對象管理這些屬性文件


2>. Windows的Task Manager（任務管理器）就是很典型的單例模式（這個很熟悉吧），想想看，是不是呢，你能打開兩個windows task manager嗎？ 不信你自己試試看哦~


3>. windows的RecycleBin（回收站）也是典型的單例應用。在整個系統運行過程中，回收站一直維護着僅有的一個實例。


4>. 網站的計數器，一般也是採用單例模式實現，否則難以同步。


5>. 應用程序的日誌應用，一般都何用單例模式實現，這一般是由於共享的日誌文件一直處於打開狀態，因爲只能有一個實例去操作，否則內容不好追加。


6>. Web應用的配置對象的讀取，一般也應用單例模式，這個是由於配置文件是共享的資源。


7>. 數據庫連接池的設計一般也是採用單例模式，因爲數據庫連接是一種數據庫資源。數據庫軟件系統中使用數據庫連接池，主要是節省打開或者關閉數據庫連接所引起的效率損耗，這種效率上的損耗還是非常昂貴的，因爲何用單例模式來維護，就可以大大降低這種損耗。


8>. 多線程的線程池的設計一般也是採用單例模式，這是由於線程池要方便對池中的線程進行控制。


9>. 操作系統的文件系統，也是大的單例模式實現的具體例子，一個操作系統只能有一個文件系統。


10>. HttpApplication 也是單位例的典型應用。熟悉ASP.Net(IIS)的整個請求生命週期的人應該知道HttpApplication也是單例模式，所有的HttpModule都共享一個HttpApplication實例.

4、單例模式作用

保證整個應用程序中某個實例有且只有一個；

5、單例模式3個要點/要素

1.某個類只能有一個實例

2.它必須自行創建這個實例

3.它必須自行向整個系統提供這個實例

換一種說法：

a.私有構造方法

b.私有靜態引用指向自己實例

c.以自己實例爲返回值的公有靜態方法

6、單例模式的實現思路

一個類能返回對象一個引用(永遠是同一個)和一個獲得該實例的方法（必須是靜態方法，通常使用getInstance這個名 稱）；

當我們調用這個方法時，如果類持有的引用不爲空就返回這個引用，如果類保持的引用爲空就創建該類的實例並將實例的引用賦予該類保持的引用；

同時我們還將該類的構造函數定義爲私有方法，這樣其他處的代碼就無法通過調用該類的構造函數來實例化該類的對象，只有通過該類提供的靜態方法來得到該類的唯一實例。

7、單利模式的實現原則和過程

（1）單例模式：確保一個類只有一個實例，自行實例化並向系統提供這個實例

（2）單例模式分類：

餓單例模式（類加載時實例化一個對象給自己的引用）；


懶單例模式（調用取得實例的方法如getInstance時纔會實例化對象）（java中餓單例模式性能優於懶單例模式，c++中一般使用懶單例模式）

8、單例模式有三種實現方式

1.餓漢式單例（Eager Singleton）

在類初始化的時候，創建對象，這種方式是線程安全的，在程序運行期間就這一個對象。

2.懶漢式單例（Layz Singleton）

懶漢式是在第一次使用時才創建對象，但是如果在多線程環境中要考慮線程安全問題。

3.Initialization on Demand Holder(IoDH) 技術（注：有的面嚮對象語言不支持）



懶漢模式代碼Demo

/**
 * @ClassName LazySingleton  <br>
 * @Description 懶漢模式
 **/
public class LazySingleton {
    //1.將構造方式私有化，不允許外邊直接創建對象
    private LazySingleton() {
    }

    //2.聲明類的唯一實例，使用private static修飾
    private static LazySingleton lazySingletonInstance;

    //只是聲明瞭類的實例，並沒有實例化，如果外面通過getInstance()來獲取的時候，明顯該實例是空的——》咋辦呢？——》getLazySingletonInstance()
    /**
     * 3.提供一個用於獲取實例的方法，使用public static修飾
     * Description: 當用戶獲取類的實例時，做一個判斷，若實例爲空則創建一個實例，若不爲空則直接返回實例：
     */
    public static LazySingleton getLazySingletonInstance() {
        if (lazySingletonInstance == null) {
            lazySingletonInstance = new LazySingleton();
        }
        return lazySingletonInstance;
    }
}

其他代碼略，如有需要請至：單例模式實踐代碼

測試代碼
注：測試代碼中可以看到餓漢模式

/**
 * @ClassName SingletonTest  <br>
 * @Description 無論獲取多少次Singleton，他們實際上都是一個實例，指向同一個對象，這樣就保證了單個實例
 * 爲了安全，控制訪問，不允許外部直接訪問類的成員變量：
 **/

public class SingletonTest {
    public static void main(String[] args) {
//        ****** 餓漢模式start ******
        Singleton singleton1 = Singleton.getInstance();
        Singleton singleton2 = Singleton.getInstance();
        //獲取2個實例後，想看看這兩個實例是否是同一個實例
        if (singleton1 == singleton2) {
            System.out.println("singleton1,singleton2是同一個實例");
        } else {
            System.out.println("singleton1,singleton2不是同一個實例");
        }
//        ****** 餓漢模式end ******

//        ****** 懶漢模式start ******
        LazySingleton lazySingleton1 = LazySingleton.getLazySingletonInstance();
        LazySingleton lazySingleton2 = LazySingleton.getLazySingletonInstance();
        if (lazySingleton1 == lazySingleton2) {
            System.out.println("lazySingleton1,lazySingleton2是同一個實例");
        } else {
            System.out.println("lazySingleton1,lazySingleton2不是同一個實例");
        }
//        ****** 懶漢模式end ******
    }
}

測試結果：

singleton1,singleton2是同一個實例
lazySingleton1,lazySingleton2是同一個實例

9、怎麼區分餓漢和懶漢模式？

餓漢：餓了，飢不擇食，系統一運行就創建對象，不考慮太多的問題

懶漢：就是懶，就是不想創建對象，即使運行創建對象，也要說一大堆的問題，什麼多線程、安全，對象重複等問題。總之一句話：懶，就是不想創建。

10、單例模式需要注意的地方

單例模式在多線程的應用場合下必須小心使用。如果當唯一實例尚未創建時，有兩個線程同時調用創建方法，那麼它們同時沒有檢測到唯一實例的存在，從而同時各自創建了一個實例， 這樣就有兩個實例被構造出來，從而違反了單例模式中實例唯一的原則。



解決這個問題的辦法是爲指示類是否已經實例化的變量提供一個互斥鎖(雖然這樣會降低效率)。

（1）使用時不能用反射模式創建單例，否則會實例化一個新的對象

（2）使用懶單例模式時注意線程安全問題

（3）餓單例模式和懶單例模式構造方法都是私有的，因而是不能被繼承的，有些單例模式可以被繼承（如登記式模式）

11、單例模式的優點

(1)在單例模式中，活動的單例只有一個實例，對單例類的所有實例化得到的都是相同的一個實例。這樣就 防止其它對象對自己的實例化，確保所有的對象都訪問一個實例。


(2)單例模式具有一定的伸縮性，類自己來控制實例化進程，類就在改變實例化進程上有相應的伸縮性。


(3)提供了對唯一實例的受控訪問。


(4)由於在系統內存中只存在一個對象，因此可以節約系統資源，當需要頻繁創建和銷燬的對象時單例模式無疑可以提高系統的性能。


(5)允許可變數目的實例。

(6)避免對共享資源的多重佔用。

12、單例模式的缺點

（1）不適用於變化的對象，如果同一類型的對象總是要在不同的用例場景發生變化，單例就會引起數據的錯誤，不能保存彼此的狀態。

（2）由於單利模式中沒有抽象層，因此單例類的擴展有很大的困難。

（3）單例類的職責過重，在一定程度上違背了“單一職責原則”。

（4）濫用單例將帶來一些負面問題，如爲了節省資源將數據庫連接池對象設計爲的單例類，可能會導致共享連接池對象的程序過多而出現連接池溢出；如果實例化的對象長時間不被利用，系統會認爲是垃圾而被回收，這將導致對象狀態的丟失。