設計模式之單例模式-Singleton

Singleton單類模式是最簡單的設計模式，它的主要作用是保證在程序運行生命週期中，使用了單類模式的類只能有一個實例對象存在。單類模式實現了類似C語言中全局變量的功能，單類模式常用於註冊/查找的服務。

單類模式的UML圖如下：

單類模式有兩種實現方式：飽漢模式和餓漢模式，如下：

1.飽漢單類模式例子代碼：

public class Singleton1{
        //飽漢模式，聲明時就創建實例對象
    public static final Singleton1 instance = new Singleton1();
    //單類模式的構造方法必須爲private，以避免通過構造方法創建對象實例，
        //並且必須顯示聲明構造方法，以防止使用默認構造方法
    private Singleton1(){}
        //單類模式必須對外提供獲取實例對象的方法
        public static Singleton1 geInstance(){
           return instance;
        }
}

2.餓漢單類模式即延遲初始化單類方式，例子代碼：

public class Singleton2{
        //餓漢模式，聲明時不創建實例對象
    public static Singleton2 instance;
    //單類模式的構造方法必須爲private，以避免通過構造方法創建對象實例，
        //並且必須顯示聲明構造方法，以防止使用默認構造方法
    private Singleton2(){}
        //單類模式必須對外提供獲取實例對象的方法，延遲初始化的單類模式必須使用synchronized同步關鍵字，否則多線程情況下很容易產生多個實例對象
        public static synchronized Singleton2 geInstance(){
           //延遲初始化，只有當第一次使用時才創建對象實例
           if(instance == null){
               return new Singleton2();
                }
               return instance;
        }
}

一般認爲飽漢模式要比餓漢模式更加安全。

上面兩種Singleton單類設計模式的實現方式都隱藏有如下的問題：

(1).雖然構造方式的訪問修飾符爲private，即除了自身以外其他任何類都無法調用，但是通過反射機制的setAccessiable(true)方法可以訪問私有方法和屬性。因此Singleton單類模式必須考慮這種例外情況。

(2).對象序列化之後再反序列化時會生成新的對象，因此當Singleton單類模式類實現序列化接口時，必須顯式聲明所有的字段爲tranisent，並且提供如下的readResolve方法來防止通過序列化破壞單態模式：

private Object readResolve(){
    return INSTANCE;
}

3.使用Lazy initialization holder class模式實現單態：

public class Singleton3 {
   /**
    * 類級的內部類，也就是靜態的成員式內部類，該內部類的實例與外部類的實例
    * 沒有綁定關係，而且只有被調用到纔會裝載，從而實現了延遲加載
    */
   private static class SingletonHolder{
       /**
        * 靜態初始化器，由JVM來保證線程安全
        */
       private static Singleton3 instance = new Singleton3();
   }
   /**
    * 私有化構造方法
    */
   private Singleton3(){
   }
   public static  Singleton3 getInstance(){
       return SingletonHolder.instance;
   }

當getInstance方法第一次被調用的時候，它第一次讀取SingletonHolder.instance，導致SingletonHolder類得到初始化；而這個類在裝載並被初始化的時候，會初始化它的靜態域，從而創建Singleton的實例，由於是靜態的域，因此只會被虛擬機在裝載類的時候初始化一次，並由虛擬機來保證它的線程安全性。
這個模式的優勢在於，getInstance方法並沒有被同步，並且只是執行一個域的訪問，因此延遲初始化並沒有增加任何訪問成本。

4.在JDK1.5之後引入了Enum枚舉，因此在JDK1.5之後Singleton單類模式又有了第三種實現方式，也是最好的實現方式，例子如下：

public enum Singleton4{
    INSTANCE{
        public void doSomething(){
            ……
        }
    };
    public abstract void doSomething();
}

Singleton單類模式中只有一個INSTANCE枚舉元素，枚舉可以保證真個程序生命週期中只有一個實例對象存在，同時還避免了常規Singleton單類模式private構造方法被反射調用和序列化問題(枚舉提供了序列化保證機制，確保多次序列化和反序列化不會創建多個實例對象)。

注意：java中除了構造方法可以創建對象實例以外，還可以通過克隆方法(clone()是Object中的protected方法)來創建對象，若單類對象直接繼承自Object對象，則如果沒有提供具體clone方法實現，則當調用克隆方法創建對象時，會拋出運行時的異常CloneNotSupportedException。

若單類類繼承了實現克隆方法的類，則在單類類中必須覆蓋父類的克隆方法，顯式拋出異常CloneNotSupportedException。

另外，實現了單類模式的類不能再有派生子類，因爲構造方式是私有的，子類無法調用父類構造方法，因此達到了Final的效果。

JDK的中單態模式的應用：

java.lang.Runtime

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