创新设计模式：单例模式

单例设计模式是一种软件设计模式，用于将类的实例化限制为一个对象。
与其他创建设计模式（例如抽象工厂，工厂和构建器模式）相比，单例将创建一个对象，但也将负责，因此该对象只有一个实例存在。

当创建一个单例类时，必须解决一些特定问题。

如何确保一个类只有一个实例。
如何轻松访问类的唯一实例
类如何控制其实例化
如何限制一个类的实例数

假设我们有一个发送消息的类。
Messenger类。

package com.gkatzioura.design.creational.singleton;public class Messenger {public void send(String message) {}
}

但是，我们希望消息过程仅由Messenger类的一个实例处理。想象一下Messenger类打开一个tcp连接（例如xmpp）并且必须保持该连接活动以便发送消息的情况。每次我们必须发送一条消息时，打开一个新的xmpp连接都是非常低效的。

因此，我们将继续使Messenger类成为单例。

package com.gkatzioura.design.creational.singleton;public class Messenger {private static Messenger messenger = new Messenger();private Messenger() {}public static Messenger getInstance() {return messenger;}public void send(String message) {}
}

如您所见，我们将Messenger构造函数设置为私有，并使用静态变量初始化了Messenger。
静态变量是类级别的变量，仅当将类加载到内存中时，内存分配才发生一次。通过这种方式，我们确保将使Messenger类仅实例化一次。一旦被调用，getInstance方法将获取静态Messenger实例。

显然，以前的方法有其优点和缺点。我们不必担心线程安全，仅在加载Messenger类时才创建实例。但是，它缺乏灵活性。考虑将配置变量传递给Messenger构造函数的场景。使用以前的方法是不可能的。

一种解决方法是在getInstance方法上实例化Messenger类。

package com.gkatzioura.design.creational.singleton.lait;public class Messenger {private static Messenger messenger;private Messenger() {}public static Messenger getInstance() {if(messenger==null) {messenger = new Messenger();}return messenger;}public void send(String message) {}
}

上面的方法在某些情况下可能有效，但是在类可能在多线程环境中实例化的情况下，它会丢失线程安全性。

使我们的类线程安全的最简单方法是同步getInstance方法。

package com.gkatzioura.design.creational.singleton.lait;public class Messenger {private static Messenger messenger;private Messenger() {}public synchronized static Messenger getInstance() {if(messenger==null) {messenger = new Messenger();}return messenger;}public void send(String message) {}
}

那将工作。至少将使Messenger的创建同步，并且不会创建任何重复项。这种方法的问题在于，在创建对象时仅需要同步一次。使用上面的代码将导致不必要的开销。

另一种方法是使用双重检查锁定方法。现在，经过双重检查的锁定需要格外小心，因为很容易从正确的选择中找出损坏的实现。
最好的方法是使用volatile关键字实现延迟加载。

package com.gkatzioura.design.creational.singleton.dcl;public class Messenger {private static final Object lock = new Object();private static volatile Messenger messenger;private Messenger() {}public static Messenger getInstance() {if(messenger==null) {synchronized (lock) {if(messenger==null) {messenger = new Messenger();}}}return messenger;}public void send(String message) {}
}

通过使用volatile关键字，我们可以防止对volatile的写入相对于任何先前的读取或写入进行重新排序，并防止对volatile的读取相对于随后的任何读取或写入进行重新排序。互斥对象也用于实现同步。

总而言之，我们创建了一个对象，并确保该对象只有一个实例。我们还确保在多线程环境中实例化对象不会有任何问题。

您可以在github上找到源代码。

在下一篇博客文章中，我们将介绍原型模式。

另外，我还编写了备忘单，其中包含“创作设计模式”的摘要。在链接中注册以接收它。