前言

尽管单例是一个很常用的实际模式，在实际的开发中，也经常使用，但是，有些人认为单例是一种反模式（anti-pattern），并不推荐使用。所以，今天就针对这个说法详细地讲讲。

• 单例模式有哪些问题？为什么被称为反模式？
• 如果不用单例，该如何表示全局唯一类？有何替代的解决方案？

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单例模式有哪些问题？

大部分情况下，我们在项目中使用单例，都是用它来表示一些全局唯一类，比如配置信息类、连接池类、ID 生成器类。单例模式书写间接、使用简单，在代码中我们不需要创建对象，直接通过类似 IdGenerator.getInstance().getId() 这样的方法来调用就可以了。但是，这种使用方法有点类似硬编码，会带来诸多问题。

1. 单例对 OOP 特性不太友好

OOP 的四大特性是是封装、抽象、继承、多态。单例这种设计模式对于其中的抽象、继承、多态都是支持不友好的。为什么这么说呢？ 还是通过 IdGenerator 例子来讲解。

public class Order {public void create(...) {// ...long id = IdGenerator.getInstance().getId();// ...}
}public class User {public void create(...) {// ...long id = IdGenerator.getInstance().getId();// ...}
}

IdGenerator 的使用方式违背了基于接口而非实现的设计原则，也就违背了广义上理解的 OOP 的抽象特性。如果未来某一天，我们希望针对不同的业务采用不同的 ID 生成算法。比如，订单 ID 和用户 ID 采用不同的 ID 生成器来生成。为了应对这个需求的变化，我们需要所有用到 IdGenerator 类的地方，这样的代码改动会比较大。

public class Order {public void create(...) {// ...long id = IdGenerator.getInstance().getId();// 将上面一行替换为下面一行代码long id = OrderIdGenerator.getInstance().getId();// ...}
}public class User {public void create(...) {// ...long id = IdGenerator.getInstance().getId();// 将上面一行替换为下面一行代码long id = UserIdGenerator.getInstance().getId();// ...}
}

此外，单例对继承、多态的支持也不友好。一旦你选择将某个类设计成单例类，也就意味着放弃了继承和多态这两个强有力的面向对象特性，也就相当于损失了可以应对未来需求变化的扩展性。

2.单例会隐藏类之间的依赖关系

我们知道，代码的可读性非常重要。在阅读代码的时候，我们希望一眼就能看出类与类之间的依赖关系，搞清楚这个类依赖了哪些外部类。

通过构造函数、参数传递等方式声明的类之间的依赖关系，我们通过查看函数的定义，就能很容易识别出来。但是单例类不需要显示创建、不需要依赖参数传递，在函数中直接调用就可以了。如果代码比较复杂，这种调用关系就会非常隐藏。在阅读代码的时候，我们就需要仔细查看每个函数的代码实现，才能知道这个类到底依赖了哪些单例类。

3.单例对代码的扩展性不友好

单例类只能有一个对象实例。如果未来某一天，我们需要再代码中创建两个或多个实例，那就要对代码有比较大的改动。

可能，你会想，会有这样的需求吗？既然单例类大部分情况下都用来表示全局类，怎么互需要两个或多个实例呢？
在系统设计初期，我们觉得系统中只应该有一个数据库连接池，这样能方便控制数据库连接资源的消耗。所以，我们把数据库连接池类设计成了单例类。但之后，我们发现，系统中有些 SQL 语句运行的非常慢。这些 SQL 语句在执行的时候，长时间占用数据库连接资源，导致其他 SQL 请求无法响应。为了解决这个问题，我们希望将慢 SQL 与其他 SQL 隔离开执行。为了实现这样的目的，我们可以在系统中创建两个数据库连接池，慢 SQL 独享一个数据库连接池，其他 SQL 独享另一个数据库连接池，这样就能避免慢 SQL 影响到其他 SQL 的执行。

如果，我们将数据库连接池设计成单例类，显然无法适应这样的需求变更，也就是说，单例类在某些情况下会影响代码的扩展性、灵活性。所以，数据库连接池、线程池这类的资源池，最好还是不要设计成单例类。实际上，一些开源的数据库连接池、线程池确实没有涉及成单例类。

4.单例对代码的可测试不友好

单例模式的使用会影响到代码的可测试性。如果单例类依赖比较重的外部资源，比如 DB，我们在写单元测试的时候，希望能通过 mock 的方式将它替换掉。而单例类这种硬编码式的使用方式，导致无法实现 mock 替换。

此外，如果单例类持有成员变量（比如 IdGenerator 中的 id 成员变量），那它实际上相当于一种全局变量，被所有的代码共享。如果这个全局变量是一个可变全局变量，也就是说，它的成员变量是可以被修改的，那在我们编写单元测试的时候，还需要注意不同测试用例之间，修改了单例类中的一个成员变量的值，从而导致测试结果互相影响的问题。关于这一点，你可以回过头去看下《规范与重构 - 3.什么是代码的可测试性？如何写出可测试性好的代码？》中的 “其他场景的 Anti-Patterns：全局变量” 那部分的代码示例和讲解。

5.单例不支持有参数的构造函数

单例类不支持有参的构造函数，比如我们创建一个连接池的单例对象，我们没法通过参数来指定连接池的大小。针对这个问题，我们来看下有哪些解决方案。

第一种解决思路：创建完实例后，再调用 init() 函数传递参数。需要注意的是，我们在使用这个单例类的时候，要先调用 init() 方法，然后才能调用 getInstance() 方法，否则代码会抛出异常。具体的代码实现如下所示：

public class Singleton {private static Singleton instance = null;private final int paramA;private final int paramB;private Singleton(int paramA, int paramB) {this.paramA = paramA;this.paramB = paramB;}public static Singleton getInstance() {if (instance == null) {throw new RuntimeException("Run init() first.");}return instance;}public synchronized static Singleton init(int paramA, int paramB) {if (instance != null) {throw new RuntimeException("Singleton has been created!");}instance = new Singleton(paramA, paramB);return instance;}
}Singleton.init(10, 50); // 先init，再使用
Singleton singleton = Singleton.getInstance();

第二种解决思路：将参数放到 getInstance() 方法中。

public class Singleton {private static Singleton instance = null;private final int paramA;private final int paramB;private Singleton(int paramA, int paramB) {this.paramA = paramA;this.paramB = paramB;}public synchronized static Singleton getInstance(int paramA, int paramB) {if (instance == null) {instance = new Singleton(paramA, paramB);}return instance;}
}

不知道你有没有发现，上面的代码其实有点问题。如果我们如下代码，两次执行 getInstance() ，那获取到的 singleton1 和 singleton2 的 paramA 和 paramB 都是 10 和 50。也就是说，第二次的参数 (20, 30) 没有起作用，而构建的过程没有给与提示，这样就会误导用户。

Singleton singleton1 = Singleton.getInstance(10, 50);
Singleton singleton2 = Singleton.getInstance(20, 30);

第三种解决思路：将参数放到另一个全局变量中。具体的实现代码如下所示。Config 是一个存储了 paramA 和 paramB 值的全局变量。里面的值就可以像下面的代码那样通过静态常量来定义，也可以从配置文件中加载得到。实际上，这种方式是比较推荐的。

public class Config {public static final int PARAM_A = 123;public static final int PARAM_B = 456;
}public class Singleton {private static Singleton instance = null;private final int paramA;private final int paramB;private Singleton() {this.paramA = Config.PARAM_A;this.paramB = Config.PARAM_B;}public synchronized static Singleton getInstance() {if (instance == null) {instance = new Singleton();}return instance;}
}

有何替代的解决方案？

为了保证全局唯一，除了使用单例类，还可以使用静态方法来实现。这也是项目开发中经常用到的一种实现思路。比如，上一节课讲的 ID 唯一递增生成器的例子，用静态方法实现以下，就是下面这个样子：

public class IdGenerator {private static AtomicLong id = new AtomicLong(0);public static long getId() {return id.incrementAndGet();}
}// 使用举例
long id = IdGenerator.getId();

不过静态方法这种实现思路，并不能解决之前提到的问题。实际上它比单例更加不灵活，比如，它无法支持懒加载。

实际上，单例除了我们之前讲到的使用方法之外，还有另一种使用方法。具体代码如下所示：

// 1.老的使用方法
public void demoFunc() {// ...long id = IdGenerator.getInstance().getId();// ...
}// 2.新的使用方式：依赖注入
public void demoFunc(IdGenerator idGenerator) {// ...long id = idGenerator.getId();// ...
}
// 外部调用demoFunc()时，传入idGenerator
IdGenerator idGenerator = IdGenerator.getInstance();
demoFunc(idGenerator);

基于新的方式，我们将单例生成的对象，作为参数传递给函数（也可以通过构造函数传递给类成员变量），可以解决单例隐藏类之间依赖关系的问题。不过，对于单例存在的其他问题，比如对 OOP 特性、扩展性、可测试性不友好等问题，还是无法解决。

所以，如果要完全解决这些问题，可能要从根本上，寻找其他方式来实现全局唯一类。实际上，类对象的全局唯一性可以通过多种不同的方式来保证。既可以通过单例模式来强制保证，也可以通过工厂模式、IOC 容易（比如 Spring IOC 容器）来保证，还可以通过程序员自己来保证（自己在编写代码时保证不创建两个对象）。

回顾

1.单例类存在哪些问题？

1. 单例对 OOP 特性的支持不友好。
2. 单例会隐藏类之间的依赖关系
3. 单例对代码的扩展性不友好
4. 单例对代码的可测试性不友好
5. 单例不支持有参的构造函数

2.单例有什么替代解决方案

为保证全局唯一，除了使用单例，还可以使用静态方法来实现。不过静态方法这种实现思路并不能解决我们之前提到的问题。如果要完全解决这些问题，可能要从根上，寻找其他方式来实现全局唯一类。比如，通过工厂模式、IOC 容器（比如 Spring IOC 容器）来保证，还可以通过程序员自己来保证（自己在编写代码时保证不创建两个对象）。

有人把单例当做反模式，主张杜绝子在项目中使用。个人觉得这有点极端。模式没有对错，关键看你怎么用。如果单例类并没有后续扩展的需求，并且不依赖外部系统，那设计成单例类是没有太大问题。对于一些全局的类，我们在其他地方创建的话，还要在类之间传来传去，不如直接做成单例类，使用起来简洁方便。