Java私塾：研磨设计模式之单例模式

看到很多朋友在写单例，也来凑个热闹，虽然很简单，但是也有很多知识点在单例里面，看看是否能写出点不一样来。


单例模式（Singleton）


1  场景问题
1.1  读取配置文件的内容
        考虑这样一个应用，读取配置文件的内容。
        很多应用项目，都有与应用相关的配置文件，这些配置文件多是由项目开发人员自定义的，在里面定义一些应用需要的参数数据。当然在实际的项目中，这种配置文件多采用xml格式的。也有采用properties格式的，毕竟使用Java来读取properties格式的配置文件比较简单。
        现在要读取配置文件的内容，该如何实现呢？
1.2  不用模式的解决方案
        有些朋友会想，要读取配置文件的内容，这也不是个什么困难的事情，直接读取文件的内容，然后把文件内容存放在相应的数据对象里面就可以了。真的这么简单吗？先实现看看吧。
        为了示例简单，假设系统是采用的properties格式的配置文件。
（1）那么直接使用Java来读取配置文件，示例代码如下：

java代码：
查看复制到剪贴板打印
/**
* 读取应用配置文件
*/ 
public class AppConfig { 
    /**
     * 用来存放配置文件中参数A的值
     */ 
    private String parameterA; 
    /**
     * 用来存放配置文件中参数B的值
     */ 
    private String parameterB;   
 
    public String getParameterA() { 
        return parameterA; 
    } 
    public String getParameterB() { 
        return parameterB; 
    } 
    /**
     * 构造方法
     */ 
    public AppConfig(){ 
        //调用读取配置文件的方法 
        readConfig(); 
    } 
    /**
     * 读取配置文件，把配置文件中的内容读出来设置到属性上
     */ 
    private void readConfig(){ 
        Properties p = new Properties();  
        InputStream in = null; 
        try { 
            in = AppConfig.class.getResourceAsStream( 
"AppConfig.properties"); 
            p.load(in); 
            //把配置文件中的内容读出来设置到属性上 
            this.parameterA = p.getProperty("paramA"); 
            this.parameterB = p.getProperty("paramB"); 
        } catch (IOException e) { 
            System.out.println("装载配置文件出错了，具体堆栈信息如下："); 
            e.printStackTrace(); 
        }finally{ 
            try { 
                in.close(); 
            } catch (IOException e) { 
                e.printStackTrace(); 
            } 
        } 
    } 
} 


注意：只有访问参数的方法，没有设置参数的方法。
（2）应用的配置文件，名字是AppConfig.properties，放在AppConfig相同的包里面，简单示例如下：

java代码：
查看复制到剪贴板打印
paramA=a 
paramB=b 


（3）写个客户端来测试一下，示例代码如下：

java代码：
查看复制到剪贴板打印
public class Client { 
    public static void main(String[] args) { 
        //创建读取应用配置的对象 
        AppConfig config = new AppConfig(); 
         
        String paramA = config.getParameterA(); 
        String paramB = config.getParameterB(); 
         
        System.out.println("paramA="+paramA+",paramB="+paramB); 
    } 
} 

运行结果如下：
paramA=a,paramB=b

1.3  有何问题
        上面的实现很简单嘛，很容易的就实现了要求的功能。仔细想想，有没有什么问题呢？
        看看客户端使用这个类的地方，是通过new一个AppConfig的实例来得到一个操作配置文件内容的对象。如果在系统运行中，有很多地方都需要使用配置文件的内容，也就是很多地方都需要创建AppConfig这个对象的实例。
        换句话说，在系统运行期间，系统中会存在很多个AppConfig的实例对象，这有什么问题吗？
        当然有问题了，试想一下，每一个AppConfig实例对象，里面都封装着配置文件的内容，系统中有多个AppConfig实例对象，也就是说系统中会同时存在多份配置文件的内容，这会严重浪费内存资源。如果配置文件内容较少，问题还小一点，如果配置文件内容本来就多的话，对于系统资源的浪费问题就大了。事实上，对于AppConfig这种类，在运行期间，只需要一个实例对象就够了。
        把上面的描述进一步抽象一下，问题就出来了：在一个系统运行期间，某个类只需要一个类实例就可以了，那么应该怎么实现呢？
2  解决方案
2.1  单例模式来解决
        用来解决上述问题的一个合理的解决方案就是单例模式。那么什么是单例模式呢？
（1）单例模式定义
        保证一个类仅有一个实例，并提供一个访问它的全局访问点。
（2）应用单例模式来解决的思路
        仔细分析上面的问题，现在一个类能够被创建多个实例，问题的根源在于类的构造方法是公开的，也就是可以让类的外部来通过构造方法创建多个实例。换句话说，只要类的构造方法能让类的外部访问，就没有办法去控制外部来创建这个类的实例个数。
        要想控制一个类只被创建一个实例，那么首要的问题就是要把创建实例的权限收回来，让类自身来负责自己类实例的创建工作，然后由这个类来提供外部可以访问这个类实例的方法，这就是单例模式的实现方式。
2.2  模式结构和说明
单例模式结构见图1所：


图1  单例模式结构图
Singleton：
        负责创建Singleton类自己的唯一实例，并提供一个getInstance的方法，让外部来访问这个类的唯一实例。
2.3  单例模式示例代码
        在Java中，单例模式的实现又分为两种，一种称为懒汉式，一种称为饿汉式，其实就是在具体创建对象实例的处理上，有不同的实现方式。下面分别来看这两种实现方式的代码示例。为何这么写，具体的在后面再讲述。
       （1）懒汉式实现，示例代码如下：

java代码：
查看复制到剪贴板打印
/**
* 懒汉式单例实现的示例
*/ 
public class Singleton { 
    /**
     * 定义一个变量来存储创建好的类实例
     */ 
    private static Singleton uniqueInstance = null; 
    /**
     * 私有化构造方法，好在内部控制创建实例的数目
     */ 
    private Singleton(){ 
        // 
    } 
    /**
     * 定义一个方法来为客户端提供类实例
     * @return 一个Singleton的实例
     */ 
    public static synchronized Singleton getInstance(){ 
        //判断存储实例的变量是否有值 
        if(uniqueInstance == null){ 
            //如果没有，就创建一个类实例，并把值赋值给存储类实例的变量 
            uniqueInstance = new Singleton(); 
        } 
        //如果有值，那就直接使用 
        return uniqueInstance; 
    } 
    /**
     * 示意方法，单例可以有自己的操作
     */ 
    public void singletonOperation(){ 
        //功能处理 
    } 
    /**
     * 示意属性，单例可以有自己的属性
     */ 
    private String singletonData; 
    /**
     * 示意方法，让外部通过这些方法来访问属性的值
     * @return 属性的值
     */ 
    public String getSingletonData(){ 
        return singletonData; 
    } 
} 

（2）饿汉式实现，示例代码如下：

java代码：
查看复制到剪贴板打印
/**
* 饿汉式单例实现的示例
*/ 
public class Singleton { 
    /**
     * 定义一个变量来存储创建好的类实例，直接在这里创建类实例，只会创建一次
     */ 
    private static Singleton uniqueInstance = new Singleton(); 
    /**
     * 私有化构造方法，好在内部控制创建实例的数目
     */ 
    private Singleton(){ 
        // 
    } 
    /**
     * 定义一个方法来为客户端提供类实例
     * @return 一个Singleton的实例
     */ 
    public static Singleton getInstance(){ 
        //直接使用已经创建好的实例 
        return uniqueInstance; 
    } 
     
    /**
     * 示意方法，单例可以有自己的操作
     */ 
    public void singletonOperation(){ 
        //功能处理 
    } 
    /**
     * 示意属性，单例可以有自己的属性
     */ 
    private String singletonData; 
    /**
     * 示意方法，让外部通过这些方法来访问属性的值
     * @return 属性的值
     */ 
    public String getSingletonData(){ 
        return singletonData; 
    } 
} 



2.4  使用单例模式重写示例
        要使用单例模式来重写示例，由于单例模式有两种实现方式，这里选一种来实现就好了，就选择饿汉式的实现方式来重写示例吧。
        采用饿汉式的实现方式来重写实例的示例代码如下：

java代码：
查看复制到剪贴板打印
/**
* 读取应用配置文件，单例实现
*/ 
public class AppConfig { 
    /**
     * 定义一个变量来存储创建好的类实例，直接在这里创建类实例，只会创建一次
     */ 
    private static AppConfig instance = new AppConfig(); 
    /**
     * 定义一个方法来为客户端提供AppConfig类的实例
     * @return 一个AppConfig的实例
     */ 
    public static AppConfig getInstance(){ 
        return instance; 
    } 
     
    /**
     * 用来存放配置文件中参数A的值
     */ 
    private String parameterA; 
    /**
     * 用来存放配置文件中参数B的值
     */ 
    private String parameterB; 
    public String getParameterA() { 
        return parameterA; 
    } 
    public String getParameterB() { 
        return parameterB; 
    } 
    /**
     * 私有化构造方法
     */ 
    private AppConfig(){ 
        //调用读取配置文件的方法 
        readConfig(); 
    } 
    /**
     * 读取配置文件，把配置文件中的内容读出来设置到属性上
     */ 
    private void readConfig(){ 
        Properties p = new Properties();  
        InputStream in = null; 
        try { 
            in = AppConfig.class.getResourceAsStream( 
"AppConfig.properties"); 
            p.load(in); 
            //把配置文件中的内容读出来设置到属性上 
            this.parameterA = p.getProperty("paramA"); 
            this.parameterB = p.getProperty("paramB"); 
        } catch (IOException e) { 
            System.out.println("装载配置文件出错了，具体堆栈信息如下："); 
            e.printStackTrace(); 
        }finally{ 
            try { 
                in.close(); 
            } catch (IOException e) { 
                e.printStackTrace(); 
            } 
        } 
    }    
} 

当然，测试的客户端也需要相应的变化，示例代码如下：

java代码：
查看复制到剪贴板打印
public class Client { 
    public static void main(String[] args) { 
        //创建读取应用配置的对象 
        AppConfig config = AppConfig.getInstance(); 
 
        String paramA = config.getParameterA(); 
        String paramB = config.getParameterB(); 
 
        System.out.println("paramA="+paramA+",paramB="+paramB); 
    } 
} 

去测试看看，是否能满足要求。