設計模式之Singleton - 單態模式

Singleton模式也叫單態模式，是由GoF提出的23種設計模式中的一種。Singleton模式是一種對象建立型模式，它為一個類產生唯一的執行個體對象，並提供一個對該執行個體的全域存取方法。本文介紹設計模式中的單態（Singleton）模式的概念，用法，以及實際應用中怎麼樣使用Singleton模式進行開發。Singleton的概念

Singleton模式是一種對象建立型模式，使用Singleton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。
其實，GoF對Singleton模式的定義是：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。

為什麼要使用Singleton模式呢？

在應用系統開發中，我們常常有以下需求：
- 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

因為Singleton模式可以保證為一個類只產生唯一的執行個體對象，所以這些情況，Singleton模式就派上用場了。

Singleton模式的實現

Singleton模式是設計模式中相對比較簡單的模式之一。理解以及使用方法都比較簡單。
Singleton模式有多個實現方法。但目前，每一種都存在或多或少的問題。

下面我們將給出幾種實現方法，同時對它們加以比較。

第一種方法：
這是一種最簡單的實現方法。但是一種相對有效實現方法。現在，一般推薦這一種方法作為Singleton模式的實現方法。
//1）使用final關鍵字修改class，防止子類繼承
public final class Singleton {
    //2）Singleton自身唯一執行個體instance
    private static final Singleton instance = new Singleton();
    //3）private構造方法。防止外部調用者使用new建立新的執行個體
    private Singleton(){};
    //4）提供唯一執行個體的全域訪問點
    public static Singleton getInstance(){
        return Singleton.instance;
    }

    ...
}
注意上述1），2），3），4）部分，這是Singleton模式實現的幾個關鍵。
我們注意到，這種方法沒有對instance = new Singleton()部分作同期化操作，但考慮到Singleton執行個體的產生只是在最初被調用時才執行一次，如果我們在調用時適當處理一下，比如在程式的統一初期化時（SERVLET環境的情況下可以在容器被初始化時如SevletListener裡）調用一下Singleton，就不會存線上程安全問題。

第二種方法：
public final class Singleton {
    private static Singleton instance;
    private Singleton(){};
    public static synchronized Singleton getInstance(){
        if(instance == null){
            instance = new Singleton();
        }
        return instance;
    }
}
該方法把Singleton執行個體產生放到了getInstance方法裡，同時使用synchronized解決了安全執行緒問題。
但如果在高並發的應用系統中，大量的線程在調用getInstance時會受到阻塞，系統的效能將受到嚴重影響。

第三種方法：
public final class Singleton {
    private static Singleton instance;
    private Singleton(){};
    public static Singleton getInstance(){
        if(instance == null){
            synchronized (this) {
                //double-check
                if(instance == null){
                    instance = new Singleton();
                }
            }
        }
        return instance;
    }
}
該方法也叫double-check（雙重檢查）方法，把線程同步synchronized放到只會被執行一次的同步塊裡。該方法雖然解消了效能瓶頸問題，但該方法被指出並不是安全執行緒的（不同步的情況下參考型別不是安全執行緒的）。

第四種方法：
public final class Singleton {
    private volatile static Singleton instance;
    private Singleton(){};
    public static Singleton getInstance(){
        if(instance == null){
            synchronized (this) {
                //double-check
                if(instance == null){
                    instance = new Singleton();
                }
            }
        }
        return instance;
    }
}