研磨设计模式之单例模式-4

3.8  在Java中一种更好的单例实现方式

        根据上面的分析，常见的两种单例实现方式都存在小小的缺陷，那么有没有一种方案，既能够实现延迟加载，又能够实现线程安全呢？
        还真有高人想到这样的解决方案了，这个解决方案被称为Lazy initialization holder class模式，这个模式综合使用了Java的类级内部类和多线程缺省同步锁的知识，很巧妙的同时实现了延迟加载和线程安全。
1：先来看点相应的基础知识
        先简单的看看类级内部类相关的知识。

• 什么是类级内部类？
      简单点说，类级内部类指的是：有static修饰的成员式内部类。如果没有static修饰的成员式内部类被称为对象级内部类。
• 类级内部类相当于其外部类的static成分，它的对象与外部类对象间不存在依赖关系，因此可直接创建。而对象级内部类的实例，是绑定在外部对象实例中的。
• 类级内部类中，可以定义静态的方法，在静态方法中只能够引用外部类中的静态成员方法或者成员变量。
• 类级内部类相当于其外部类的成员，只有在第一次被使用的时候才会被装载
  

        再来看看多线程缺省同步锁的知识。
        大家都知道，在多线程开发中，为了解决并发问题，主要是通过使用synchronized来加互斥锁进行同步控制。但是在某些情况中，JVM已经隐含地为您执行了同步，这些情况下就不用自己再来进行同步控制了。这些情况包括：

• 由静态初始化器（在静态字段上或 static{} 块中的初始化器）初始化数据时 
• 访问 final 字段时 
• 在创建线程之前创建对象时 
• 线程可以看见它将要处理的对象时

2：接下来看看这种解决方案的思路
        要想很简单的实现线程安全，可以采用静态初始化器的方式，它可以由JVM来保证线程安全性。比如前面的“饿汉式”实现方式，但是这样一来，不是会浪费一定的空间吗？因为这种实现方式，会在类装载的时候就初始化对象，不管你需不需要。
        如果现在有一种方法能够让类装载的时候不去初始化对象，那不就解决问题了？一种可行的方式就是采用类级内部类，在这个类级内部类里面去创建对象实例，这样一来，只要不使用到这个类级内部类，那就不会创建对象实例。从而同时实现延迟加载和线程安全。
        看看代码示例可能会更清晰，示例代码如下：

public class Singleton {
    /**
     * 类级的内部类，也就是静态的成员式内部类，该内部类的实例与外部类的实例
     * 没有绑定关系，而且只有被调用到才会装载，从而实现了延迟加载
     */
    private static class SingletonHolder{
        /**
         * 静态初始化器，由JVM来保证线程安全
         */
        private static Singleton instance = new Singleton();
    }
    /**
     * 私有化构造方法
     */
    private Singleton(){
    }
    public static  Singleton getInstance(){
        return SingletonHolder.instance;
    }
}

        仔细想想，是不是很巧妙呢！
        当getInstance方法第一次被调用的时候，它第一次读取SingletonHolder.instance，导致SingletonHolder类得到初始化；而这个类在装载并被初始化的时候，会初始化它的静态域，从而创建Singleton的实例，由于是静态的域，因此只会被虚拟机在装载类的时候初始化一次，并由虚拟机来保证它的线程安全性。
        这个模式的优势在于，getInstance方法并没有被同步，并且只是执行一个域的访问，因此延迟初始化并没有增加任何访问成本。

3.9  单例和枚举

        按照《高效Java 第二版》中的说法：单元素的枚举类型已经成为实现Singleton的最佳方法。
        为了理解这个观点，先来了解一点相关的枚举知识，这里只是强化和总结一下枚举的一些重要观点，更多基本的枚举的使用，请参看Java编程入门资料：

• Java的枚举类型实质上是功能齐全的类，因此可以有自己的属性和方法
• Java枚举类型的基本思想：通过公有的静态final域为每个枚举常量导出实例的类
• 从某个角度讲，枚举是单例的泛型化，本质上是单元素的枚举
  

        用枚举来实现单例非常简单，只需要编写一个包含单个元素的枚举类型即可，示例代码如下：

/**
 * 使用枚举来实现单例模式的示例
 */
public enum Singleton {
    /**
     * 定义一个枚举的元素,它就代表了Singleton的一个实例
     */
    uniqueInstance;

    /**
     * 示意方法，单例可以有自己的操作
     */
    public void singletonOperation(){
        //功能处理
    }
}

 

        使用枚举来实现单实例控制，会更加简洁，而且无偿的提供了序列化的机制，并由JVM从根本上提供保障，绝对防止多次实例化，是更简洁、高效、安全的实现单例的方式。

3.10  思考单例模式

1：单例模式的本质
        单例模式的本质：控制实例数目。
        单例模式是为了控制在运行期间，某些类的实例数目只能有一个。可能有人就会想了，那么我能不能控制实例数目为2个，3个，或者是任意多个呢？目的都是一样的，节省资源啊，有些时候单个实例不能满足实际的需要，会忙不过来，根据测算，3个实例刚刚好，也就是说，现在要控制实例数目为3个，怎么办呢？
        其实思路很简单，就是利用上面通过Map来缓存实现单例的示例，进行变形，一个Map可以缓存任意多个实例，新的问题就是，Map中有多个实例，但是客户端调用的时候，到底返回那一个实例呢，也就是实例的调度问题，我们只是想要来展示设计模式，对于这个调度算法就不去深究了，做个最简单的，循环返回就好了，示例代码如下：

/**
* 简单演示如何扩展单例模式，控制实例数目为3个
*/
public class OneExtend {
    /**
    * 定义一个缺省的key值的前缀
    */
    private final static String DEFAULT_PREKEY = "Cache";
    /**
    * 缓存实例的容器
    */
    private static Map<String,OneExtend> map =
new HashMap<String,OneExtend>();
    /**
    * 用来记录当前正在使用第几个实例，到了控制的最大数目，就返回从1开始
    */
    private static int num = 1;
    /**
    * 定义控制实例的最大数目
    */
    private final static int NUM_MAX = 3;
    private OneExtend(){}
    public static OneExtend getInstance(){
        String key = DEFAULT_PREKEY+num;
        //缓存的体现，通过控制缓存的数据多少来控制实例数目
        OneExtend oneExtend = map.get(key);
        if(oneExtend==null){
            oneExtend = new OneExtend();
            map.put(key, oneExtend);
        }
        //把当前实例的序号加1
        num++;
        if(num > NUM_MAX){
            //如果实例的序号已经达到最大数目了，那就重复从1开始获取
            num = 1;
        }
        return oneExtend;
    }

    public static void main(String[] args) {
        //测试是否能满足功能要求
        OneExtend t1 = getInstance ();
        OneExtend t2 = getInstance ();
        OneExtend t3 = getInstance ();
        OneExtend t4 = getInstance ();
        OneExtend t5 = getInstance ();
        OneExtend t6 = getInstance ();

        System.out.println("t1=="+t1);
        System.out.println("t2=="+t2);
        System.out.println("t3=="+t3);
        System.out.println("t4=="+t4);
        System.out.println("t5=="+t5);
        System.out.println("t6=="+t6);
    }
}

 测试一下，看看结果，如下：

t1==cn.javass.dp.singleton.example9.OneExtend@6b97fd
t2==cn.javass.dp.singleton.example9.OneExtend@1c78e57
t3==cn.javass.dp.singleton.example9.OneExtend@5224ee
t4==cn.javass.dp.singleton.example9.OneExtend@6b97fd
t5==cn.javass.dp.singleton.example9.OneExtend@1c78e57
t6==cn.javass.dp.singleton.example9.OneExtend@5224ee

 

        第一个实例和第四个相同，第二个与第五个相同，第三个与第六个相同，也就是说一共只有三个实例，而且调度算法是从第一个依次取到第三个，然后回来继续从第一个开始取到第三个。
        当然这里我们不去考虑复杂的调度情况，也不去考虑何时应该创建新实例的问题。
        注意：这种实现方式同样是线程不安全的，需要处理，这里就不再展开去讲了。

2：何时选用单例模式
        建议在如下情况中，选用单例模式：

• 当需要控制一个类的实例只能有一个，而且客户只能从一个全局访问点访问它时，可以选用单例模式，这些功能恰好是单例模式要解决的问题
  

 

3.11  相关模式

        很多模式都可以使用单例模式，只要这些模式中的某个类，需要控制实例为一个的时候，就可以很自然的使用上单例模式。比如抽象工厂方法中的具体工厂类就通常是一个单例。

 

 

 

                                                            单例模式结束

 

注：本文转自   http://chjavach.iteye.com