初学Java设计模式随记 -- 单例(Singleton)模式

本篇内容主要摘取自GoF的设计模式和阎宏的《Java与模式》 

 

单例(Singleton)模式，也叫单件模式。定义如下：（参照GoF设计模式）

 

1. 用意：

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。

 

2.参与者：
• 单例类（Singleton）
— 定义一个getInstance()操作，允许客户访问它的唯一实例。getInstance()是一个类操作（一个静态方法）。
— 可能负责创建它自己的唯一实例。

 

3.结构图：

 


根据这个定义，客户只能通过Singleton类的getInstance()方法操作访问一个Singleton的实例。 

 

在阎宏的《Java与模式》中，给出了下面的定义：

单例(Singleton)模式确保一个类只有一个实例，而且自行实例化并向整个系统提供这个实例。这个类称为单例类。

 

什么时候用单例模式呢？

从定义就可以看出来，就是当系统要求一个类只有一个实例时，才应当使用单例模式。

 

单例模式的要点和实现：

1. 单例类只能有一个实例 -- 一个静态的单例类类型的成员变量；

2. 单例类只能自己创建自己的唯一实例 -- 构造函数应该是私有的；

3. 单例类必须给所有其他对象提供这一实例 -- 有一个共有的静态方法来返回单例类自己的实例。

 

 

Java中，单例模式有两种形态： 饿汉式(eager)和懒汉式(lazy)。

对应的代码如下：

 

饿汉式(eager)

单例类在自己被加载时就将自己实例化。

  

/*
 * 饿汉（eager）式单例类
 */
public class EagerSingleton {
	
//	一个静态的单例类类型的成员变量
	private static final EagerSingleton m_instance = new EagerSingleton();
	
	/**
	 * 私有构造函数，保证外界无法直接实例化
	 */
	private EagerSingleton(){}
	
	/**
	 * 静态工厂方法，返回单例类自己的实例
	 */
	public static EagerSingleton getInstance(){
		return m_instance;
	}
}

 

懒汉式(lazy)

单例类在第一次被引用时将自己实例化。

懒汉式(lazy)必须处理好在多个线程同时首次引用此类时的访问限制问题。 

 

/*
 * 懒汉（lazy）式单例类
 */
public class LazySingleton {
	
//	一个静态的单例类类型的成员变量
	private static LazySingleton m_instance = null;
	
	/**
	 * 私有构造函数，保证外界无法直接实例化
	 */
	private LazySingleton(){}
	
	/**
	 * 静态工厂方法，返回单例类自己的实例，
	 * 使用了同步化synchronized，和一个if判断，来处理多线程环境。
	 */
	
	synchronized public static LazySingleton getInstance(){
		if(m_instance == null){
			m_instance = new LazySingleton();
		}
		
		return m_instance;
	}

}

 

单例模式还有一种形态使用了双重检查成例，不过在阎宏的《JAVA与模式》中，指出双重检查成例并不适合Java编译器。

基本原因在于，在Java编译器，LazySingleton类的初始化与m_instance的变量赋值的顺序不可预料。如果一个线程在没有同步化的条件下读取m_instance引用，并调用这个对象的方法的话，可能会发现对象的初始化过程尚未完成，从而造成崩溃。

 

双重检查成例不适合Java是由于Java的内存模型造成的，参照 双重检查锁定及单例模式