Java 单例模式探讨
以下是我再次研究單例（Java?單例模式缺點(diǎn)）時(shí)在網(wǎng)上收集的資料，相信你們看完就對(duì)單例完全掌握了
Java單例模式應(yīng)該是看起來(lái)以及用起來(lái)簡(jiǎn)單的一種設(shè)計(jì)模式，但是就實(shí)現(xiàn)方式以及原理來(lái)說(shuō)，也并不淺顯哦。
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總結(jié)一下我所知道的單例模式實(shí)現(xiàn)方式：
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1.預(yù)先加載法
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Java代碼??
優(yōu)點(diǎn)：??
1.線程安全的
2.在類加載的同時(shí)已經(jīng)創(chuàng)建好一個(gè)靜態(tài)對(duì)象,調(diào)用時(shí)反應(yīng)速度快。
缺點(diǎn)：?資源利用效率不高，可能getInstance永遠(yuǎn)不會(huì)執(zhí)行到，但是執(zhí)行了該類的其他靜態(tài)方法或者加載了該類（class.forName），那么這個(gè)實(shí)例仍然初始化了
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2.initialization on demand,延遲加載法? (考慮多線程)
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Java代碼??
優(yōu)點(diǎn)：?資源利用率高,不執(zhí)行g(shù)etInstance就不會(huì)被實(shí)例，可以執(zhí)行該類其他靜態(tài)方法。
缺點(diǎn)：?第一次加載時(shí)發(fā)應(yīng)不快? ，多線程使用不必要的同步開銷大
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3.initialization on demand double check 雙重檢測(cè)(?考慮多線程?)
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Java代碼??
優(yōu)點(diǎn)：?資源利用率高,?不執(zhí)行g(shù)etInstance就不會(huì)被實(shí)例，可以執(zhí)行該類其他靜態(tài)方法。
缺點(diǎn)：?第一次加載時(shí)發(fā)應(yīng)不快? ，由于java 內(nèi)存模型一些原因偶爾會(huì)失敗
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4.initialization on demand holder? (考慮多線程)
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Java代碼??
優(yōu)點(diǎn)：?資源利用率高,?不執(zhí)行g(shù)etInstance就不會(huì)被實(shí)例，可以執(zhí)行該類其他靜態(tài)方法。
缺點(diǎn)：?第一次加載時(shí)發(fā)應(yīng)不快
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總結(jié)：?一般采用 1 即可，若對(duì)資源十分在意也可考慮 4 ，不要使用2，3了。
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測(cè)試代碼：（暫不探討Class.forName類加載機(jī)制）
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Java代碼作為對(duì)象的創(chuàng)建模式[GOF95]， 單例模式確保某一個(gè)類只有一個(gè)實(shí)例，而且自行實(shí)例化并向整個(gè)系統(tǒng)提供這個(gè)實(shí)例。這個(gè)類稱為單例類。 注：本文乃閻宏博士的《Java與模式》一書的第十五章。 引言 單例模式的要點(diǎn) 單例單例 顯然單例模式的要點(diǎn)有三個(gè)；一是某各類只能有一個(gè)實(shí)例；二是它必須自行創(chuàng)建這個(gè)事例；三是它必須自行向整個(gè)系統(tǒng)提供這個(gè)實(shí)例。在下面的對(duì)象圖中，有一個(gè)"單例對(duì)象"，而"客戶甲"、"客戶乙" 和"客戶丙"是單例對(duì)象的三個(gè)客戶對(duì)象。可以看到，所有的客戶對(duì)象共享一個(gè)單例對(duì)象。而且從單例對(duì)象到自身的連接線可以看出，單例對(duì)象持有對(duì)自己的引用。 資源管理 一些資源管理器常常設(shè)計(jì)成單例模式。 在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中，需要管理的資源包括軟件外部資源，譬如每臺(tái)計(jì)算機(jī)可以有若干個(gè)打印機(jī)，但只能有一個(gè)Printer Spooler， 以避免兩個(gè)打印作業(yè)同時(shí)輸出到打印機(jī)中。每臺(tái)計(jì)算機(jī)可以有若干傳真卡，但是只應(yīng)該有一個(gè)軟件負(fù)責(zé)管理傳真卡，以避免出現(xiàn)兩份傳真作業(yè)同時(shí)傳到傳真卡中的情況。每臺(tái)計(jì)算機(jī)可以有若干通信端口，系統(tǒng)應(yīng)當(dāng)集中管理這些通信端口，以避免一個(gè)通信端口同時(shí)被兩個(gè)請(qǐng)求同時(shí)調(diào)用。 需要管理的資源包括軟件內(nèi)部資源，譬如，大多數(shù)的軟件都有一個(gè)（甚至多個(gè)）屬性（properties）文件存放系統(tǒng)配置。這樣的系統(tǒng)應(yīng)當(dāng)由一個(gè)對(duì)象來(lái)管理一個(gè)屬性文件。 需要管理的軟件內(nèi)部資源也包括譬如負(fù)責(zé)記錄網(wǎng)站來(lái)訪人數(shù)的部件，記錄軟件系統(tǒng)內(nèi)部事件、出錯(cuò)信息的部件，或是對(duì)系統(tǒng)的表現(xiàn)進(jìn)行檢查的部件等。這些部件都必須集中管理，不可政出多頭。 這些資源管理器構(gòu)件必須只有一個(gè)實(shí)例，這是其一；它們必須自行初始化，這是其二；允許整個(gè)系統(tǒng)訪問(wèn)自己這是其三。因此，它們都滿足單例模式的條件，是單例模式的應(yīng)用。 一個(gè)例子：Windows 回收站 Windows?9x 以后的視窗系統(tǒng)中都有一個(gè)回收站，下圖就顯示了Windows 2000 的回收站。 在整個(gè)視窗系統(tǒng)中，回收站只能有一個(gè)實(shí)例，整個(gè)系統(tǒng)都使用這個(gè)惟一的實(shí)例，而且回收站自行提供自己的實(shí)例。因此，回收站是單例模式的應(yīng)用。 雙重檢查成例 在本章最后的附錄里研究了雙重檢查成例。雙重檢查成例與單例模式并無(wú)直接的關(guān)系，但是由于很多C 語(yǔ)言設(shè)計(jì)師在單例模式里面使用雙重檢查成例，所以這一做法也被很多Java 設(shè)計(jì)師所模仿。因此，本書在附錄里提醒讀者，雙重檢查成例在Java 語(yǔ)言里并不能成立，詳情請(qǐng)見本章的附錄。 單例模式的結(jié)構(gòu) 單例模式有以下的特點(diǎn)： .. 單例類只可有一個(gè)實(shí)例。 .. 單例類必須自己創(chuàng)建自己這惟一的實(shí)例。 .. 單例類必須給所有其他對(duì)象提供這一實(shí)例。 雖然單例模式中的單例類被限定只能有一個(gè)實(shí)例，但是單例模式和單例類可以很容易被推廣到任意且有限多個(gè)實(shí)例的情況，這時(shí)候稱它為多例模式（Multiton Pattern） 和多例類（Multiton Class），請(qǐng)見"專題：多例（Multiton ）模式與多語(yǔ)言支持"一章。單例類的簡(jiǎn)略類圖如下所示。 由于Java 語(yǔ)言的特點(diǎn)，使得單例模式在Java 語(yǔ)言的實(shí)現(xiàn)上有自己的特點(diǎn)。這些特點(diǎn)主要表現(xiàn)在單例類如何將自己實(shí)例化上。 餓漢式單例類餓漢式單例類是在Java 語(yǔ)言里實(shí)現(xiàn)得最為簡(jiǎn)便的單例類，下面所示的類圖描述了一個(gè)餓漢式單例類的典型實(shí)現(xiàn)。 從圖中可以看出，此類已經(jīng)自已將自己實(shí)例化。 代碼清單1：餓漢式單例類 public class EagerSingleton? {? private static final EagerSingleton m_instance =? new EagerSingleton();? /**? * 私有的默認(rèn)構(gòu)造子? */? private EagerSingleton() { }? /**? * 靜態(tài)工廠方法? */? public static EagerSingleton getInstance()? { ·224·Java 與模式? return m_instance;? } }? 讀者可以看出，在這個(gè)類被加載時(shí)，靜態(tài)變量m_instance 會(huì)被初始化，此時(shí)類的私有構(gòu)造子會(huì)被調(diào)用。這時(shí)候，單例類的惟一實(shí)例就被創(chuàng)建出來(lái)了。 Java 語(yǔ)言中單例類的一個(gè)最重要的特點(diǎn)是類的構(gòu)造子是私有的，從而避免外界利用構(gòu)造子直接創(chuàng)建出任意多的實(shí)例。值得指出的是，由于構(gòu)造子是私有的，因此，此類不能被繼承。 懶漢式單例類 與餓漢式單例類相同之處是，類的構(gòu)造子是私有的。與餓漢式單例類不同的是，懶漢式單例類在第一次被引用時(shí)將自己實(shí)例化。如果加載器是靜態(tài)的，那么在懶漢式單例類被加載時(shí)不會(huì)將自己實(shí)例化。如下圖所示，類圖中給出了一個(gè)典型的餓漢式單例類實(shí)現(xiàn)。 代碼清單2：懶漢式單例類 package com.javapatterns.singleton.demos; public class LazySingleton { private static LazySingleton m_instance = null; /** * 私有的默認(rèn)構(gòu)造子，保證外界無(wú)法直接實(shí)例化 */ private LazySingleton() { } /** * 靜態(tài)工廠方法，返還此類的惟一實(shí)例 */ synchronized public static LazySingleton getInstance() { if (m_instance == null) { m_instance = new LazySingleton(); } return m_instance; } }? 讀者可能會(huì)注意到，在上面給出懶漢式單例類實(shí)現(xiàn)里對(duì)靜態(tài)工廠方法使用了同步化，以處理多線程環(huán)境。有些設(shè)計(jì)師在這里建議使用所謂的"雙重檢查成例"。必須指出的是，"雙重檢查成例"不可以在Java 語(yǔ)言中使用。不十分熟悉的讀者，可以看看后面給出的小節(jié)。 同樣，由于構(gòu)造子是私有的，因此，此類不能被繼承。餓漢式單例類在自己被加載時(shí)就將自己實(shí)例化。即便加載器是靜態(tài)的，在餓漢式單例類被加載時(shí)仍會(huì)將自己實(shí)例化。單從資源利用效率角度來(lái)講，這個(gè)比懶漢式單例類稍差些。 從速度和反應(yīng)時(shí)間角度來(lái)講，則比懶漢式單例類稍好些。然而，懶漢式單例類在實(shí)例化時(shí)， 必須處理好在多個(gè)線程同時(shí)首次引用此類時(shí)的訪問(wèn)限制問(wèn)題，特別是當(dāng)單例類作為資源控制器，在實(shí)例化時(shí)必然涉及資源初始化，而資源初始化很有可能耗費(fèi)時(shí)間。這意味著出現(xiàn)多線程同時(shí)首次引用此類的機(jī)率變得較大。 餓漢式單例類可以在Java 語(yǔ)言內(nèi)實(shí)現(xiàn)， 但不易在C++ 內(nèi)實(shí)現(xiàn)，因?yàn)殪o態(tài)初始化在C++ 里沒(méi)有固定的順序，因而靜態(tài)的m_instance 變量的初始化與類的加載順序沒(méi)有保證，可能會(huì)出問(wèn)題。這就是為什么GoF 在提出單例類的概念時(shí)，舉的例子是懶漢式的。他們的書影響之大，以致Java 語(yǔ)言中單例類的例子也大多是懶漢式的。實(shí)際上，本書認(rèn)為餓漢式單例類更符合Java 語(yǔ)言本身的特點(diǎn)。 登記式單例類 登記式單例類是GoF 為了克服餓漢式單例類及懶漢式單例類均不可繼承的缺點(diǎn)而設(shè)計(jì)的。本書把他們的例子翻譯為Java 語(yǔ)言，并將它自己實(shí)例化的方式從懶漢式改為餓漢式。只是它的子類實(shí)例化的方式只能是懶漢式的， 這是無(wú)法改變的。如下圖所示是登記式單例類的一個(gè)例子，圖中的關(guān)系線表明，此類已將自己實(shí)例化。 代碼清單3：登記式單例類 import java.util.HashMap; public class RegSingleton { static private HashMap m_registry = new HashMap(); static { RegSingleton x = new RegSingleton(); m_registry.put( x.getClass().getName() ， x); } /** * 保護(hù)的默認(rèn)構(gòu)造子 */ protected RegSingleton() {} /** * 靜態(tài)工廠方法，返還此類惟一的實(shí)例 */ static public RegSingleton getInstance(String name) { if (name == null) { name = "com.javapatterns.singleton.demos.RegSingleton"; } if (m_registry.get(name) == null) { try { m_registry.put( name， Class.forName(name).newInstance() ) ; } catch(Exception e) { System.out.println("Error happened."); } } return (RegSingleton) (m_registry.get(name) ); } /** * 一個(gè)示意性的商業(yè)方法 */ public String about() { return "Hello， I am RegSingleton."; } } 它的子類RegSingletonChild 需要父類的幫助才能實(shí)例化。下圖所示是登記式單例類子類的一個(gè)例子。圖中的關(guān)系表明，此類是由父類將子類實(shí)例化的。 下面是子類的源代碼。 代碼清單4：登記式單例類的子類 import java.util.HashMap; public class RegSingletonChild extends RegSingleton { public RegSingletonChild() {} /** * 靜態(tài)工廠方法 */ static public RegSingletonChild getInstance() { return (RegSingletonChild) RegSingleton.getInstance( "com.javapatterns.singleton.demos.RegSingletonChild" ); } /** * 一個(gè)示意性的商業(yè)方法 */ public String about() { return "Hello， I am RegSingletonChild."; } }?? 在GoF 原始的例子中，并沒(méi)有g(shù)etInstance() 方法，這樣得到子類必須調(diào)用的getInstance(String name)方法并傳入子類的名字，因此很不方便。本章在登記式單例類子類的例子里，加入了getInstance() 方法，這樣做的好處是RegSingletonChild 可以通過(guò)這個(gè)方法，返還自已的實(shí)例。而這樣做的缺點(diǎn)是，由于數(shù)據(jù)類型不同，無(wú)法在RegSingleton 提供這樣一個(gè)方法。由于子類必須允許父類以構(gòu)造子調(diào)用產(chǎn)生實(shí)例，因此，它的構(gòu)造子必須是公開的。這樣一來(lái)，就等于允許了以這樣方式產(chǎn)生實(shí)例而不在父類的登記中。這是登記式單例類的一個(gè)缺點(diǎn)。 GoF 曾指出，由于父類的實(shí)例必須存在才可能有子類的實(shí)例，這在有些情況下是一個(gè)浪費(fèi)。這是登記式單例類的另一個(gè)缺點(diǎn)。 |
GoF 曾指出，由于父類的實(shí)例必須存在才可能有子類的實(shí)例，這在有些情況下是一個(gè)浪費(fèi)。這是登記式單例類的另一個(gè)缺點(diǎn)。
在什么情況下使用單例模式
使用單例模式的條件
使用單例模式有一個(gè)很重要的必要條件：
在一個(gè)系統(tǒng)要求一個(gè)類只有一個(gè)實(shí)例時(shí)才應(yīng)當(dāng)使用單例模式。反過(guò)來(lái)說(shuō)，如果一個(gè)類可以有幾個(gè)實(shí)例共存，那么就沒(méi)有必要使用單例類。但是有經(jīng)驗(yàn)的讀者可能會(huì)看到很多不當(dāng)?shù)厥褂脝卫Ｊ降睦?#xff0c;可見做到上面這一點(diǎn)并不容易，下面就是一些這樣的情況。
例子一
問(wèn)：我的一個(gè)系統(tǒng)需要一些"全程"變量。學(xué)習(xí)了單例模式后，我發(fā)現(xiàn)可以使用一個(gè)單例類盛放所有的"全程"變量。請(qǐng)問(wèn)這樣做對(duì)嗎？
答：這樣做是違背單例模式的用意的。單例模式只應(yīng)當(dāng)在有真正的"單一實(shí)例"的需求時(shí)才可使用。
一個(gè)設(shè)計(jì)得當(dāng)?shù)南到y(tǒng)不應(yīng)當(dāng)有所謂的"全程"變量，這些變量應(yīng)當(dāng)放到它們所描述的實(shí)體所對(duì)應(yīng)的類中去。將這些變量從它們所描述的實(shí)體類中抽出來(lái)， 放到一個(gè)不相干的單例類中去，會(huì)使得這些變量產(chǎn)生錯(cuò)誤的依賴關(guān)系和耦合關(guān)系。
例子二
問(wèn)：我的一個(gè)系統(tǒng)需要管理與數(shù)據(jù)庫(kù)的連接。學(xué)習(xí)了單例模式后，我發(fā)現(xiàn)可以使用一個(gè)單例類包裝一個(gè)Connection 對(duì)象，并在finalize（）方法中關(guān)閉這個(gè)Connection 對(duì)象。這樣的話，在這個(gè)單例類的實(shí)例沒(méi)有被人引用時(shí)，這個(gè)finalize（）對(duì)象就會(huì)被調(diào)用，因此，Connection 對(duì)象就會(huì)被釋放。這多妙啊。
答：這樣做是不恰當(dāng)?shù)摹３怯袉我粚?shí)例的需求，不然不要使用單例模式。在這里Connection 對(duì)象可以同時(shí)有幾個(gè)實(shí)例共存，不需要是單一實(shí)例。
單例模式有很多的錯(cuò)誤使用案例都與此例子相似，它們都是試圖使用單例模式管理共享資源的生命周期，這是不恰當(dāng)?shù)摹?/span>
單例類的狀態(tài)
有狀態(tài)的單例類
一個(gè)單例類可以是有狀態(tài)的（stateful），一個(gè)有狀態(tài)的單例對(duì)象一般也是可變（mutable） 單例對(duì)象。
有狀態(tài)的可變的單例對(duì)象常常當(dāng)做狀態(tài)庫(kù)（repositary）使用。比如一個(gè)單例對(duì)象可以持有一個(gè)int 類型的屬性，用來(lái)給一個(gè)系統(tǒng)提供一個(gè)數(shù)值惟一的序列號(hào)碼，作為某個(gè)販賣系統(tǒng)的賬單號(hào)碼。當(dāng)然，一個(gè)單例類可以持有一個(gè)聚集，從而允許存儲(chǔ)多個(gè)狀態(tài)。
沒(méi)有狀態(tài)的單例類
另一方面，單例類也可以是沒(méi)有狀態(tài)的（stateless），僅用做提供工具性函數(shù)的對(duì)象。既然是為了提供工具性函數(shù)，也就沒(méi)有必要?jiǎng)?chuàng)建多個(gè)實(shí)例，因此使用單例模式很合適。一個(gè)沒(méi)有狀態(tài)的單例類也就是不變（Immutable） 單例類； 關(guān)于不變模式，讀者可以參見本書的"不變（Immutable ）模式"一章。
多個(gè)JVM 系統(tǒng)的分散式系統(tǒng)
EJB 容器有能力將一個(gè)EJB 的實(shí)例跨過(guò)幾個(gè)JVM 調(diào)用。由于單例對(duì)象不是EJB，因此，單例類局限于某一個(gè)JVM 中。換言之，如果EJB 在跨過(guò)JVM 后仍然需要引用同一個(gè)單例類的話，這個(gè)單例類就會(huì)在數(shù)個(gè)JVM 中被實(shí)例化，造成多個(gè)單例對(duì)象的實(shí)例出現(xiàn)。一個(gè)J2EE應(yīng)用系統(tǒng)可能分布在數(shù)個(gè)JVM 中，這時(shí)候不一定需要EJB 就能造成多個(gè)單例類的實(shí)例出現(xiàn)在不同JVM 中的情況。
如果這個(gè)單例類是沒(méi)有狀態(tài)的，那么就沒(méi)有問(wèn)題。因?yàn)闆](méi)有狀態(tài)的對(duì)象是沒(méi)有區(qū)別的。但是如果這個(gè)單例類是有狀態(tài)的，那么問(wèn)題就來(lái)了。舉例來(lái)說(shuō)，如果一個(gè)單例對(duì)象可以持有一個(gè)int 類型的屬性，用來(lái)給一個(gè)系統(tǒng)提供一個(gè)數(shù)值惟一的序列號(hào)碼，作為某個(gè)販賣系統(tǒng)的賬單號(hào)碼的話，用戶會(huì)看到同一個(gè)號(hào)碼出現(xiàn)好幾次。
在任何使用了EJB、RMI 和JINI 技術(shù)的分散式系統(tǒng)中，應(yīng)當(dāng)避免使用有狀態(tài)的單例模式。
多個(gè)類加載器
同一個(gè)JVM 中會(huì)有多個(gè)類加載器，當(dāng)兩個(gè)類加載器同時(shí)加載同一個(gè)類時(shí)，會(huì)出現(xiàn)兩個(gè)實(shí)例。在很多J2EE 服務(wù)器允許同一個(gè)服務(wù)器內(nèi)有幾個(gè)Servlet 引擎時(shí)，每一個(gè)引擎都有獨(dú)立的類加載器，經(jīng)有不同的類加載器加載的對(duì)象之間是絕緣的。
比如一個(gè)J2EE 系統(tǒng)所在的J2EE 服務(wù)器中有兩個(gè)Servlet 引擎：一個(gè)作為內(nèi)網(wǎng)給公司的網(wǎng)站管理人員使用；另一個(gè)給公司的外部客戶使用。兩者共享同一個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)，兩個(gè)系統(tǒng)都需要調(diào)用同一個(gè)單例類。如果這個(gè)單例類是有狀態(tài)的單例類的話，那么內(nèi)網(wǎng)和外網(wǎng)用戶看到的單例對(duì)象的狀態(tài)就會(huì)不同。除非系統(tǒng)有協(xié)調(diào)機(jī)制，不然在這種情況下應(yīng)當(dāng)盡量避免使用有狀態(tài)的單例類。
from:?http://blog.csdn.net/it_man/article/details/5787567
總結(jié)
以上是生活随笔為你收集整理的Java 单例模式探讨的全部?jī)?nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問(wèn)題。
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