【原創·教程·連載】《Android之大話設計模式》–設計模式 建立型模式 第四章：單例模式

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單例模式 你是我的唯一 

單例模式應用情境舉例： 

        “曾經滄海難為水，除卻巫山不是雲”，這句話用現在的語言解釋就是“你是我的唯一”。

GG和MM都是初次戀愛，都把對方視為自己此生的唯一。而且GG和MM都在不斷的向對方學習，不斷的完善自己。GG和MM的甜蜜和幸福很快就轟動了整個院系。男生一般都拿GG的女朋友教育自己的女朋友說別人怎麼怎麼樣，而女生也經常拿MM的男朋友說男生該如何如何做。而且，年級輔導員還在年級會上表揚了GG和MM，說男生都應該想MM的男朋友學習，女生都應該向GG的女朋友學習！呵呵，很顯然，大家都知道，輔導員說GG的女朋友就是指MM，而說MM的男朋友時就是指GG。

單例模式解釋： 

        GoF對單例模式(Singleton Pattern)的定義是：保證一個類、只有一個執行個體存在，同時提供能對該執行個體加以訪問的全域存取方法。   

       單例模式是一種對象建立型模式，使用單例模式，可以保證為一個類只產生唯一的執行個體對象。也就是說，在整個程式空間中，該類只存在一個執行個體對象。

       單例模式的要點有三個；一是某個類只能有一個執行個體；二是它必須自行建立這個執行個體；三是它必須自行向整個系統提供這個執行個體。

英文定義為：Ensure a class only has one instance, and provide a global point of access to it.     

單例模式的UML圖： 

       單例模式比較的單純，其UML圖如下所示：

   

單例模式深入分析：

       單例模式的要點有三個；一是某個類只能有一個執行個體；二是它必須自行建立這個執行個體；三是它必須自行向整個系統提供這個執行個體。

      單例模式適合於一個類只有一個執行個體的情況，比如視窗管理器，列印緩衝池和檔案系統，它們都是原型的例子。典型的情況是，那些對象的類型被遍及一個軟體系統的不同對象訪問，因此需要一個全域的訪問指標，這便是眾所周知的單例模式的應用。當然這隻有在你確信你不再需要任何多於一個的執行個體的情況下

      在電腦系統中，需要管理的資源套件括軟體外部資源，譬如每台電腦可以有若干個印表機，但只能有一個Printer Spooler， 以避免兩個列印工作同時輸出到印表機中。每台電腦可以有若干傳真卡，但是只應該有一個軟體負責管理傳真卡，以避免出現兩份傳真作業同時傳到傳真卡中的情況。每台電腦可以有若干通訊連接埠，系統應當集中管理這些通訊連接埠，以避免一個通訊連接埠同時被兩個請求同時調用。

　　需要管理的資源也包括軟體內部資源，譬如，大多數的軟體都有一個（甚至多個）屬性（properties）檔案存放系統配置。這樣的系統應當由一個對象來管理一個屬性檔案。

　　需要管理的軟體內部資源也包括譬如負責記錄網站來訪人數的組件，記錄軟體系統內部事件、出錯資訊的組件，或是對系統的表現進行檢查的組件等。這些組件都必須集中管理。

單例模式使用情境分析及代碼實現： 

       在上面的使用情境中，無論是誰叫GG的女朋友，大家都知道只的是MM；而相應的，無論是誰說MM的男朋友，大家都知道是GG。GG和MM分別都是對方單例O(∩_∩)O哈哈~

       UML模型圖如下所示：

      

筆者在這裡以MM的男朋友GG為例進行單例模式的說明。

GG單例模式的第一個版本，採用的是“餓漢式”，也就是當類載入進來的就立即執行個體化GG對象，但是這種方式比較的消耗電腦資源。具體實現代碼如下：

package com.diermeng.designPattern.Singleton; /*  * GG單例模式的第一個版本 為“餓漢式”  */ public class GGVersionOne {     //在類被載入進入記憶體的時候就建立單一的GG對象     public static final GGVersionOne gGVersionOne = new GGVersionOne();     //名稱屬性     private String name;         public String getName() {         return name;     }       public void setName(String name) {         this.name = name;     }       //建構函式私人化     private GGVersionOne() {     }       //提供一個全域的靜態方法     public static GGVersionOne getGG() {         return gGVersionOne;     } }

GG單例模式的第二個版本：“懶漢式”，在單線程下能夠非常好的工作，但是在多線程下存線上程安全問題，具體代碼如下：

package com.diermeng.designPattern.Singleton; /*  * GG單例模式的第二個版本 採用“懶漢式” 在需要使用的時候才執行個體化GG  */ public class GGVersionTwo {     //GG的姓名     private String name;     //對單例本身引用的名稱     private static GGVersionTwo gGVersionTwo;       public String getName() {         return name;     }       public void setName(String name) {         this.name = name;     }       //建構函式私人化     private GGVersionTwo() {     }       //提供一個全域的靜態方法     public static GGVersionTwo getGG() {         if(gGVersionTwo == null) {             gGVersionTwo = new GGVersionTwo();         }         return gGVersionTwo;     } }

GG單例模式的第三個版本，為解決多線程問題，採用了對函數進行同步的方式，但是比較浪費資源，因為每次都要進行同步檢查，而實際中真正需要檢查只是第一次執行個體化的時候，具體代碼如下所示：

package com.diermeng.designPattern.Singleton; /*  * GG單例模式的第三個版本 對函數進行同步  */ public class GGVersionThree {     //GG的姓名     private String name;     //對單例本身引用的名稱     private static GGVersionThree gGVersionThree;       public String getName() {         return name;     }       public void setName(String name) {         this.name = name;     }       //建構函式私人化     private GGVersionThree() {     }       //提供一個全域的靜態方法，使用同步方法     public static synchronized GGVersionThree getGG() {         if(gGVersionThree == null) {             gGVersionThree = new GGVersionThree();         }         return gGVersionThree;     } }

GG單例模式第四個版本，既解決了“懶漢式的”多線程問題，又解決了資源浪費的現象，看上去是一種不錯的選擇，具體代碼如下所示：

package com.diermeng.designPattern.Singleton; /*  * GG單例模式的第四個版本，既解決了“懶漢式的”多線程問題，又解決了資源浪費的現象，看上去是一種不錯的選擇  */ public class GGVersionFour {     //GG的姓名     private String name;     //對單例本身引用的名稱     private static GGVersionFour gGVersionFour;       public String getName() {         return name;     }       public void setName(String name) {         this.name = name;     }       //建構函式私人化     private GGVersionFour() {     }       //提供一個全域的靜態方法     public static GGVersionFour getGG() {         if(gGVersionFour == null) {             synchronized (GGVersionFour.class) {                 if(gGVersionFour == null) {                     gGVersionFour = new GGVersionFour();                 }             }           }         return gGVersionFour;     } }

最後我們建立測試用戶端測試一下版本四：

package com.diermeng.designPattern.Singleton.client; import com.diermeng.designPattern.Singleton.GGVersionFour;   /*  * 測試用戶端  */ public class SingletonTest {     public static void main(String[] args) {         //執行個體化         GGVersionFour gG1 = GGVersionFour.getGG();         GGVersionFour gG2 = GGVersionFour.getGG();         //設值         gG1.setName("GGAlias");         gG2.setName("GG");           System.out.println(gG1.getName());         System.out.println(gG2.getName());         } }

輸出的結果如下：

GG GG

單例模式的優缺點分析： 

       優點：用戶端使用單例模式類的執行個體的時候，只需要調用一個單一的方法即可產生一個唯一的執行個體，有利於節約資源。

      缺點：首先單例模式很難實現序列化，這就導致採用單例模式的類很難被持久化，當然也很難通過網路傳輸；其次由於單例採用靜態方法，無法在繼承結構中使用。最後如果在分布式叢集的環境中存在多個Java虛擬機器的情況下，具體確定哪個單例在運行也是很困難的事情。

單例模式的實際應用簡介： 

單例模式一般會出現在以下情況下： 

在多個線程之間，比如servlet環境，共用同一個資源或者操作同一個對象

在整個程式空間使用全域變數，共用資源

大規模系統中，為了效能的考慮，需要節省對象的建立時間等等。

溫馨提示： 

       細心的讀者可能會發現，筆者在寫單例模式的雙重檢查方式的使用了“看上去是一種不錯的選擇”之語，之所以樣說，是因為：Java的線程工作順序是不確定的，這就會導致在多線程的情況沒有執行個體化就使用的現象，進而導致程式崩潰。不過雙重檢查在C語言中並沒有問題。因為大師說：雙重檢查對Java語言並不是成立的。儘管如此，雙重檢查仍然不失為解決多線程情況下單例模式的一種理想的方案。