单例设计模式示例

本文是我们名为“ Java设计模式 ”的学院课程的一部分。

在本课程中，您将深入研究大量的设计模式，并了解如何在Java中实现和利用它们。您将了解模式如此重要的原因，并了解何时以及如何应用模式中的每一个。在这里查看！

1.单例模式

有时对于某些类来说，只有一个实例很重要。有许多对象，我们只需要它们的一个实例，如果实例化多个对象，我们将遇到各种问题，例如程序行为不正确，资源过度使用或结果不一致。

您可能只需要一个类的对象，例如，当您创建应用程序的上下文时，或者线程可管理的池，注册表设置，连接到输入或输出控制台的驱动程序等。该类型显然会导致程序不一致。

Singleton模式可确保一个类只有一个实例，并提供对其的全局访问点。但是，尽管就类图而言，单例是最简单的，因为只有一个类，但其实现却有些棘手。

图1

在本课程中，我们将尝试不同的方法来仅创建类的单个对象，还将了解一种方法比另一种方法更好。

2.如何使用单例模式创建类

创建这种类型的类的方法有很多种，但仍然可以看到一种方法比另一种方法更好。

让我们从一个简单的方法开始。

如果提供一个使对象可访问的全局变量该怎么办？例如：

package com.javacodegeeks.patterns.singletonpattern;public class SingletonEager {public static SingletonEager sc = new SingletonEager();}

众所周知，一个类的静态变量只有一个副本，我们可以应用它。就目前而言，客户端代码使用此sc静态变量就可以了。但是，如果客户端使用新的运算符，则将有此类的新实例。

要停止在类之外实例化该类，让我们将该类的构造函数设为私有。

package com.javacodegeeks.patterns.singletonpattern;public class SingletonEager {public static SingletonEager sc = new SingletonEager();private SingletonEager(){}}

这行得通吗？我想是的。通过使构造函数保持私有状态，其他任何类都不能实例化该类。获取此类的唯一方法是使用sc静态变量，该变量确保只有一个对象存在。

但是，众所周知，直接访问类成员不是一个好主意。我们将提供一种方法，通过该方法，sc变量将获得访问权，而不是直接访问。

package com.javacodegeeks.patterns.singletonpattern;public class SingletonEager {private static SingletonEager sc = new SingletonEager();private SingletonEager(){}public static SingletonEager getInstance(){return sc;}
}

因此，这是我们的单例类，可确保仅创建该类的一个对象，即使存在多个请求，也将仅返回相同的实例化对象。

这种方法的一个问题是，一旦将类加载到JVM中，就会立即创建对象。如果从未请求过该对象，则内存中将有一个无用的对象。

在需要时创建对象始终是一种好方法。因此，我们将在第一个调用上创建一个对象，然后在其他后续调用上返回相同的对象。

package com.javacodegeeks.patterns.singletonpattern;public class SingletonLazy {private static SingletonLazy sc = null;private SingletonLazy(){}public static SingletonLazy getInstance(){if(sc==null){sc = new SingletonLazy();}return sc;}
}

在getInstance()方法中，我们检查静态变量sc是否为null，然后实例化该对象并将其返回。因此，在第一次调用时，如果sc为null，则将创建对象，而在接下来的后续调用中，它将返回相同的对象。

这看起来确实不错，不是吗？但是，此代码将在多线程环境中失败。想象两个线程同时访问该类，线程t1首次调用getInstance()方法，它检查静态变量sc是否为null，然后由于某种原因而被中断。另一个线程t2调用getInstance()方法成功通过了if检查并实例化了该对象。然后，线程t1醒来，它还创建了对象。此时，将有两个此类。

为了避免这种情况，我们将使用synchronized关键字到getInstance()方法。通过这种方式，我们强制每个线程等待其轮流才能进入该方法。因此，没有两个线程会同时进入该方法。同步带有价格，它将降低性能，但是如果对getInstance()方法的调用不会给您的应用程序造成实质性开销，则请忽略它。另一个解决方法是转向渴望的实例化方法，如前面的示例所示。

package com.javacodegeeks.patterns.singletonpattern;public class SingletonLazyMultithreaded {private static SingletonLazyMultithreaded sc = null;private SingletonLazyMultithreaded(){}public static synchronized SingletonLazyMultithreaded getInstance(){if(sc==null){sc = new SingletonLazyMultithreaded();}return sc;}
}

但是，如果要使用同步，则有另一种称为“双重检查锁定”的技术可以减少同步的使用。使用双重检查锁定，我们首先检查是否创建了实例，如果没有创建，则进行同步。这样，我们只同步第一次。

package com.javacodegeeks.patterns.singletonpattern;public class SingletonLazyDoubleCheck {private volatile static SingletonLazyDoubleCheck sc = null;private SingletonLazyDoubleCheck(){}public static SingletonLazyDoubleCheck getInstance(){if(sc==null){synchronized(SingletonLazyDoubleCheck.class){if(sc==null){sc = new SingletonLazyDoubleCheck();}	}}return sc;}
}

除此之外，还有其他打破单例模式的方法。

如果该类是Serializable。
如果是可克隆的。
可以通过反思来打破。
同样，如果该类由多个类加载器加载。

下面的示例说明如何保护您的类免于被多次实例化。

package com.javacodegeeks.patterns.singletonpattern;import java.io.ObjectStreamException;
import java.io.Serializable;public class Singleton implements Serializable{private static final long serialVersionUID = -1093810940935189395L;private static Singleton sc = new Singleton();private Singleton(){if(sc!=null){throw new IllegalStateException("Already created.");}}public static Singleton getInstance(){return sc;}private Object readResolve() throws ObjectStreamException{return sc;}private Object writeReplace() throws ObjectStreamException{return sc;}public Object clone() throws CloneNotSupportedException{throw new CloneNotSupportedException("Singleton, cannot be clonned");}private static Class getClass(String classname) throws ClassNotFoundException {ClassLoader classLoader = Thread.currentThread().getContextClassLoader();if(classLoader == null) classLoader = Singleton.class.getClassLoader();return (classLoader.loadClass(classname));}}

在您的单例类中实现readResolve()和writeReplace()方法，并通过它们返回相同的对象。
您还应该实现clone()方法并引发异常，以使单例无法被克隆。
构造函数中的“ if条件”可以防止使用反射多次实例化单例。
为了防止从不同的类加载器实例化单例，可以实现getClass()方法。上面的getClass()方法将类加载器与当前线程关联；如果该类加载器为null，则该方法使用与加载单例类相同的类加载器。

尽管我们可以使用所有这些技术，但是有一种简单的方法可以创建单例类。从JDK 1.5开始，您可以使用枚举创建单例类。枚举常量是隐式静态的和最终的，创建后就无法更改其值。

package com.javacodegeeks.patterns.singletonpattern;public class SingletoneEnum {public enum SingleEnum{SINGLETON_ENUM;}
}

当您尝试显式实例化Enum对象时，将出现编译时错误。当Enum静态加载时，它是线程安全的。 Enum中的clone方法是最终的，可确保枚举常量永远不会被克隆。枚举本质上是可序列化的，序列化机制可确保不会因反序列化而创建重复的实例。也禁止使用反射实例化。这些确保了枚举实例不存在超出枚举常量定义的实例。