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单例模式深入研究

2024-07-31 04:10:16   225人阅读

      单例模式是一种常用的软件设计模式。在它的核心结构中只包含一个被称为单例类的特殊类。通过单例模式可以保证系统中一个类只有一个实例而且该实例易于外界 访问，从而方便对实例个数的控制并节约系统资源。如果希望在系统中某个类的对象只能存在一个，单例模式是最好的解决方案。

 

单例模式是设计模式中最简单的形式之一。这一模式的目的是使得类的一个对象成为系统中的唯一实例。要实现这一点，可 以从客户端对其进行实例化开始。因此需要用一种只允许生成对象类的唯一实例的机制，“阻止”所有想要生成对象的访问。使用工厂方法来限制实例化过程。这个 方法应该是静态方法（类方法），因为让类的实例去生成另一个唯一实例毫无意义。

Static uniqueInstance是singleton的唯一实例, static sharedInstance将把它返回客户端。通常，sharedInstance会检查uniqueInstance是否已经被实例化。如果没有，它 会生成一个实例然后返回uniqueInstance。



 

动机

对 于系统中的某些类来说，只有一个实例很重要，例如，一个系统中可以存在多个打印任务，但是只能有一个正在工作的任务；一个系统只能有一个窗口管理器或文件 系统；一个系统只能有一个计时工具或ID(序号)生成器。如在Windows中就只能打开一个任务管理器。如果不使用机制对窗口对象进行唯一化，将弹出多 个窗口，如果这些窗口显示的内容完全一致，则是重复对象，浪费内存资源；如果这些窗口显示的内容不一致，则意味着在某一瞬间系统有多个状态，与实际不符， 也会给用户带来误解，不知道哪一个才是真实的状态。因此有时确保系统中某个对象的唯一性即一个类只能有一个实例非常重要。
如何保证一个类只有一个实例并且这个实例易于被访问呢？定义一个全局变量可以确保对象随时都可以被访问，但不能防止 我们实例化多个对象。一个更好的解决办法是让类自身负责保存它的唯一实例。这个类可以保证没有其他实例被创建，并且它可以提供一个访问该实例的方法。这就 是单例模式的模式动机。

要点

显然单例模式的要点有三个；一是某个类只能有一个实例；二是它必须自行创建这个实例；三是它必须自行向整个系统提供这个实例。
从具体实现角度来说，就是以下三点：一是单例模式的类只提供私有的构造函数，二是类定义中含有一个该类的静态私有对象，三是该类提供了一个静态的共有的函数用于创建或获取它本身的静态私有对象。

优缺点

优点

一、实例控制
单例模式会阻止其他对象实例化其自己的单例对象的副本，从而确保所有对象都访问唯一实例。
二、灵活性
因为类控制了实例化过程，所以类可以灵活更改实例化过程。

缺点

一、开销
虽然数量很少，但如果每次对象请求引用时都要检查是否存在类的实例，将仍然需要一些开销。可以通过使用静态初始化解决此问题。
二、可能的开发混淆
使用单例对象（尤其在类库中定义的对象）时，开发人员必须记住自己不能使用new关键字实例化对象。因为可能无法访问库源代码，因此应用程序开发人员可能会意外发现自己无法直接实例化此类。

实例

Java中的单例模式

在java中，可以使用以下这种方式使用单例模式创建类的实例：
public class MyBean {
private static MyBean instance = null;
private MyBean(){
//do something
}
public static synchronized MyBean getInstance(){
if(instance == null){
instance = new MyBean();
}
return instance;
}
}
当一个类的实例可以有且只可以一个的时候就需要用到了。为什么只需要有一个呢？有人说是为了节约内存，但这只是单例模式带来的一个好处。只有一个实例确实减少内存占用，可是我认为这不是使用单例模式的理由。我认为使用单例模式的时机是当实例存在多个会引起程序逻辑错误的时候。比如类似有序的号码生成器这样的东西，怎么可以允许一个应用上存在多个呢？
Singleton模式主要作用是保证在Java应用程序中，一个类Class只有一个实例存在。
一般Singleton模式通常有三种形式:
第一种形式: 也是常用的形式。
public class Singleton {
private static Singleton instance = null;
private Singleton(){
//do something
}
public static Singleton getInstance(){
if(instance==null){
instance = new Singleton();
}
return instance;
}
}
第二种形式:
public class Singleton {
//在自己内部定义自己的一个实例，只供内部调用
private static Singleton instance = new Singleton();
private Singleton(){
//do something
}
//这里提供了一个供外部访问本class的静态方法，可以直接访问
public static Singleton getInstance(){
return instance;
}
}
第三种形式: 双重锁的形式。
public class Singleton {
private static Singleton instance = null;
private Singleton(){
//do something
}
public static Singleton getInstance(){
if(instance==null){
synchronized(Singleton.class){
if(null == instance){
instance = new Singleton();
}
}
}
return instance;
}
}//这个模式将同步内容下方到if内部，提高了执行的效率，不必每次获取对象时都进行同步，只有第一次才同步，创建了以后就没必要了。

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