單例模式

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 單例模式概述

      下面我們來類比實現Windows工作管理員，假設工作管理員的類名為TaskManager，在TaskManager類中包含了大量的成員方法，例如建構函式TaskManager()，顯示進程的方法displayProcesses()，顯示服務的方法displayServices()等，該類的示意代碼如下：

class TaskManager {      public TaskManager() {……} //初始化視窗      public void displayProcesses()  {……} //顯示進程      public void  displayServices() {……} //顯示服務      …… }

      為了實現Windows工作管理員的唯一性，我們通過如下三步來對上類進行重構：

      (1)由於每次使用new關鍵字來執行個體化TaskManager類時都將產生一個新對象，為了確保TaskManager執行個體的唯一性，我們需要禁止類的外部直接使用new來建立對象，因此需要將TaskManager的建構函式的可見度改為private，如下代碼所示：

private TaskManager() {……}

      (2)將建構函式改為private修飾後該如何建立對象呢？不要著急，雖然類的外部無法再使用new來建立對象，但是在TaskManager的內部還是可以建立的，可見度只對類外有效。因此，我們可以在TaskManager中建立並儲存這個唯一執行個體。為了讓外界可以訪問這個唯一執行個體，需要在TaskManager中定義一個靜態TaskManager類型的私人成員變數，如下代碼所示：

private static TaskManager tm = null;

       (3)為了保證成員變數的封裝性，我們將TaskManager類型的tm對象的可見度設定為private，但外界該如何使用該成員變數並何時執行個體化該成員變數呢？答案是增加一個公有的靜態方法，如下代碼所示：

public static TaskManager getInstance() {     if (tm == null)     {         tm = new TaskManager();     }     return tm; }

      在getInstance()方法中首先判斷tm對象是否存在，如果不存在（即tm == null），則使用new關鍵字建立一個新的TaskManager類型的tm對象，再返回新建立的tm對象；否則直接返回已有的tm對象。

      需要注意的是getInstance()方法的修飾符，首先它應該是一個public方法，以便供外界其他對象使用，其次它使用了static關鍵字，即它是一個靜態方法，在類外可以直接通過類名來訪問，而無須建立TaskManager對象，事實上在類外也無法建立TaskManager對象，因為建構函式是私人的。 

思考 為什麼要將成員變數tm定義為靜態變數？ 因為getInstance()只能訪問靜態變數。

       通過以上三個步驟，我們完成了一個最簡單的單例類的設計，其完整代碼如下：

class TaskManager {      private static TaskManager tm = null;      private TaskManager() {……} //初始化視窗      public void  displayProcesses() {……} //顯示進程      public void  displayServices() {……} //顯示服務      public static TaskManager getInstance()     {         if (tm == null)         {             tm = new TaskManager();         }         return tm;     }     …… }

      在類外我們無法直接建立新的TaskManager對象，但可以通過代碼TaskManager.getInstance()來訪問執行個體對象，第一次調用getInstance()方法時將建立唯一執行個體，再次調用時將返回第一次建立的執行個體，從而確保執行個體對象的唯一性。

      上述代碼也是單例模式的一種最典型實現方式，有了以上基礎，理解單例模式的定義和結構就非常容易了。單例模式定義如下： 

單例模式(Singleton Pattern)：確保某一個類只有一個執行個體，而且自行執行個體化並向整個系統提供這個執行個體，這個類稱為單例類，它提供全域訪問的方法。單例模式是一種對象建立型模式。

      單例模式有三個要點：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。

單例模式是結構最簡單的設計模式一，在它的核心結構中只包含一個被稱為單例類的特殊類。單例模式結構3-2所示：

      單例模式結構圖中只包含一個單例角色：

● Singleton（單例）：在單例類的內部實現只產生一個執行個體，同時它提供一個靜態getInstance()Factory 方法，讓客戶可以訪問它的唯一執行個體；為了防止在外部對其執行個體化，將其建構函式設計為私人；在單例類內部定義了一個Singleton類型的靜態對象，作為外部共用的唯一執行個體。

 

單例模式