Java模式设计之单例模式（二）

登记式单例类

　　登记式单例类是GoF 为了克服饿汉式单例类及懒汉式单例类均不可继承的缺点而设计的。本书把他们的例子翻译为Java 语言，并将它自己实例化的方式从懒汉式改为饿汉式。只是它的子类实例化的方式只能是懒汉式的， 这是无法改变的。如下图所示是登记式单例类的一个例子，图中的关系线表明，此类已将自己实例化。

　　

　　代码清单3：登记式单例类

　　import java.util.HashMap；public class RegSingleton { static private HashMap m_registry = new HashMap（）；static { RegSingleton x = new RegSingleton（）；m_registry.put（ x.getClass（）。getName（） ， x）；} /** * 保护的默认构造子*/ protected RegSingleton（） {} /** * 静态工厂方法，返还此类惟一的实例*/ static public RegSingleton getInstance（String name）

　　{ if （name == null）

　　{ name = "com.javapatterns.singleton.demos.RegSingleton"；} if （m_registry.get（name） == null）

　　{ try { m_registry.put（ name，Class.forName（name）。newInstance（） ） ；} catch（Exception e）

　　{ System.out.println（"Error happened."）；} return （RegSingleton） （m_registry.get（name） ）；} /** * 一个示意性的商业方法*/ public String about（）

　　{ return "Hello， I am RegSingleton."；}它的子类RegSingletonChild 需要父类的帮助才能实例化。下图所示是登记式单例类子类的一个例子。图中的关系表明，此类是由父类将子类实例化的。

　　

　　下面是子类的源代码。

　　代码清单4：登记式单例类的子类

　　import java.util.HashMap；public class RegSingletonChild extends RegSingleton { public RegSingletonChild（） {} /** * 静态工厂方法*/ static public RegSingletonChild getInstance（）

　　{ return （RegSingletonChild）

　　RegSingleton.getInstance（"com.javapatterns.singleton.demos.RegSingletonChild" ）；} /** * 一个示意性的商业方法*/ public String about（）

　　{ return "Hello， I am RegSingletonChild."；}

　　在GoF 原始的例子中，并没有getInstance（） 方法，这样得到子类必须调用的getInstance（String name）方法并传入子类的名字，因此很不方便。本章在登记式单例类子类的例子里，加入了getInstance（） 方法，这样做的好处是RegSingletonChild 可以通过这个方法，返还自已的实例。而这样做的缺点是，由于数据类型不同，无法在RegSingleton 提供这样一个方法。由于子类必须允许父类以构造子调用产生实例，因此，它的构造子必须是公开的。这样一来，就等于允许了以这样方式产生实例而不在父类的登记中。这是登记式单例类的一个缺点。

　　GoF 曾指出，由于父类的实例必须存在才可能有子类的实例，这在有些情况下是一个浪费。这是登记式单例类的另一个缺点。

　　登记式单例类

　　登记式单例类是GoF 为了克服饿汉式单例类及懒汉式单例类均不可继承的缺点而设计的。本书把他们的例子翻译为Java 语言，并将它自己实例化的方式从懒汉式改为饿汉式。只是它的子类实例化的方式只能是懒汉式的， 这是无法改变的。如下图所示是登记式单例类的一个例子，图中的关系线表明，此类已将自己实例化。

　　

　　代码清单3：登记式单例类

　　import java.util.HashMap；public class RegSingleton { static private HashMap m_registry = new HashMap（）；static { RegSingleton x = new RegSingleton（）；m_registry.put（ x.getClass（）。getName（） ， x）；} /** * 保护的默认构造子*/ protected RegSingleton（） {} /** * 静态工厂方法，返还此类惟一的实例*/ static public RegSingleton getInstance（String name）

　　{ if （name == null）

　　{ name = "com.javapatterns.singleton.demos.RegSingleton"；} if （m_registry.get（name） == null）

　　{ try { m_registry.put（ name，Class.forName（name）。newInstance（） ） ；} catch（Exception e）

　　{ System.out.println（"Error happened."）；} return （RegSingleton） （m_registry.get（name） ）；} /** * 一个示意性的商业方法*/ public String about（）

　　{ return "Hello， I am RegSingleton."；}它的子类RegSingletonChild 需要父类的帮助才能实例化。下图所示是登记式单例类子类的一个例子。图中的关系表明，此类是由父类将子类实例化的。

　　

　　下面是子类的源代码。

　　代码清单4：登记式单例类的子类

　　import java.util.HashMap；public class RegSingletonChild extends RegSingleton { public RegSingletonChild（） {} /** * 静态工厂方法*/ static public RegSingletonChild getInstance（）

　　{ return （RegSingletonChild）

　　RegSingleton.getInstance（"com.javapatterns.singleton.demos.RegSingletonChild" ）；} /** * 一个示意性的商业方法*/ public String about（）

　　{ return "Hello， I am RegSingletonChild."；}

　　在GoF 原始的例子中，并没有getInstance（） 方法，这样得到子类必须调用的getInstance（String name）方法并传入子类的名字，因此很不方便。本章在登记式单例类子类的例子里，加入了getInstance（） 方法，这样做的好处是RegSingletonChild 可以通过这个方法，返还自已的实例。而这样做的缺点是，由于数据类型不同，无法在RegSingleton 提供这样一个方法。由于子类必须允许父类以构造子调用产生实例，因此，它的构造子必须是公开的。这样一来，就等于允许了以这样方式产生实例而不在父类的登记中。这是登记式单例类的一个缺点。

　　GoF 曾指出，由于父类的实例必须存在才可能有子类的实例，这在有些情况下是一个浪费。这是登记式单例类的另一个缺点。
　　在什么情况下使用单例模式

　　使用单例模式的条件

　　使用单例模式有一个很重要的必要条件：

　　在一个系统要求一个类只有一个实例时才应当使用单例模式。反过来说，如果一个类可以有几个实例共存，那么就没有必要使用单例类。但是有经验的读者可能会看到很多不当地使用单例模式的例子，可见做到上面这一点并不容易，下面就是一些这样的情况。

　　例子一

　　问：我的一个系统需要一些"全程"变量。学习了单例模式后，我发现可以使用一个单例类盛放所有的"全程"变量。请问这样做对吗？

　　答：这样做是违背单例模式的用意的。单例模式只应当在有真正的"单一实例"的需求时才可使用。

　　一个设计得当的系统不应当有所谓的"全程"变量，这些变量应当放到它们所描述的实体所对应的类中去。将这些变量从它们所描述的实体类中抽出来， 放到一个不相干的单例类中去，会使得这些变量产生错误的依赖关系和耦合关系。

　　例子二

　　问：我的一个系统需要管理与数据库的连接。学习了单例模式后，我发现可以使用一个单例类包装一个Connection 对象，并在finalize（）方法中关闭这个Connection 对象。这样的话，在这个单例类的实例没有被人引用时，这个finalize（） 对象就会被调用，因此，Connection 对象就会被释放。这多妙啊。

　　答：这样做是不恰当的。除非有单一实例的需求，不然不要使用单例模式。在这里Connection 对象可以同时有几个实例共存，不需要是单一实例。

　　单例模式有很多的错误使用案例都与此例子相似，它们都是试图使用单例模式管理共享资源的生命周期，这是不恰当的。

　　单例类的状态

　　有状态的单例类

　　一个单例类可以是有状态的（stateful），一个有状态的单例对象一般也是可变（mutable） 单例对象。

　　有状态的可变的单例对象常常当做状态库（repositary）使用。比如一个单例对象可以持有一个int 类型的属性，用来给一个系统提供一个数值惟一的序列号码，作为某个贩卖系统的账单号码。当然，一个单例类可以持有一个聚集，从而允许存储多个状态。

　　没有状态的单例类

　　另一方面，单例类也可以是没有状态的（stateless）， 仅用做提供工具性函数的对象。既然是为了提供工具性函数，也就没有必要创建多个实例，因此使用单例模式很合适。一个没有状态的单例类也就是不变（Immutable） 单例类； 关于不变模式，读者可以参见本书的"不变（Immutable ）模式"一章。

　　多个JVM 系统的分散式系统

　　EJB 容器有能力将一个EJB 的实例跨过几个JVM 调用。由于单例对象不是EJB，因此，单例类局限于某一个JVM 中。换言之，如果EJB 在跨过JVM 后仍然需要引用同一个单例类的话，这个单例类就会在数个JVM 中被实例化，造成多个单例对象的实例出现。一个J2EE应用系统可能分布在数个JVM 中，这时候不一定需要EJB 就能造成多个单例类的实例出现在不同JVM 中的情况。

　　如果这个单例类是没有状态的，那么就没有问题。因为没有状态的对象是没有区别的。但是如果这个单例类是有状态的， 那么问题就来了。举例来说，如果一个单例对象可以持有一个int 类型的属性，用来给一个系统提供一个数值惟一的序列号码，作为某个贩卖系统的账单号码的话，用户会看到同一个号码出现好几次。

　　在任何使用了EJB、RMI 和JINI 技术的分散式系统中，应当避免使用有状态的单例模式。

　　多个类加载器

　　同一个JVM 中会有多个类加载器，当两个类加载器同时加载同一个类时，会出现两个实例。在很多J2EE 服务器允许同一个服务器内有几个Servlet 引擎时，每一个引擎都有独立的类加载器，经有不同的类加载器加载的对象之间是绝缘的。

　　比如一个J2EE 系统所在的J2EE 服务器中有两个Servlet 引擎：一个作为内网给公司的网站管理人员使用；另一个给公司的外部客户使用。两者共享同一个数据库，两个系统都需要调用同一个单例类。如果这个单例类是有状态的单例类的话，那么内网和外网用户看到的单例对象的状态就会不同。除非系统有协调机制，不然在这种情况下应当尽量避免使用有状态的单例类。