设计模式-单例模式

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 2019/08/13   Share

设计模式-单例模式

对于系统中的某些类来说，只有一个实例很重要，例如，一个系统中可以存在多个打印任务，但是只能有一个正在工作的任务；一个系统只能有一个窗口管理器或文件系统；一个系统只能有一个计时工具或ID（序号）生成器。

如何保证一个类只有一个实例并且这个实例易于被访问呢？定义一个全局变量可以确保对象随时都可以被访问，但不能防止我们实例化多个对象。

一个更好的解决办法是让类自身负责保存它的唯一实例。这个类可以保证没有其他实例被创建，并且它可以提供一个访问该实例的方法。这就是单例模式的模式动机。

模式定义

单例模式:

单例模式，也叫单子模式，是一种常用的软件设计模式。在应用这个模式时，单例对象的类)必须保证只有一个实例存在。许多时候整个系统只需要拥有一个的全局对象，这样有利于我们协调系统整体的行为。比如在某个服务器程序中，该服务器的配置信息存放在一个文件中，这些配置数据由一个单例对象统一读取，然后服务进程中的其他对象再通过这个单例对象获取这些配置信息。这种方式简化了在复杂环境下的配置管理。

模式结构

单例模式就只有一个角色:

Singleton:单例

代码实现

在单例模式实现的方法有非常多,我就列举出常用的几种

饿汉式

饿汉式单例在单例类被加载时候，就实例化一个对象交给自己的引用

public class Singleton
{
	private static Singleton instance = new Singleton();
	
	public static Singleton getInstance()
	{
		return instance ;
	}
}

懒汉式

懒汉式在调用取得实例方法的时候才会实例化对象

public class Singleton{
    private static Singleton singleton;
    
    private Singleton(){}
    
    public static synchronized Singleton getInstance(){
        if (singleton==null){
            singleton = new Singleton();
        }
        return singleton;
    }
}
/**
/这两种是一样的,都是采取双重锁来保证线程安全,只是写法不一样
public class Singleton
{
	private static Singleton instance;
	public static Singleton getInstance()
	{
		if (instance == null)
		{
			synchronized (Singleton.class)
			{
				if (instance == null)
				{
					instance = new Singleton();
				}
			}
		}
		return instance;
	}
}
**/

持有类

为了不在初始化的时候加载

public class Singleton
{
	private static final class InstanceHolder
	{
		private static Singleton INSTANCE = new Singleton();
	}
 
	public static Singleton getInstance()
	{
		return InstanceHolder.INSTANCE;
	}
}

*枚举

这个方法我也没用过,感兴趣的小伙伴可以去搜索一下

public enum Singleton
{
	INSTANCE;
}

*go实现

go的实现方式有些特别,其实用的地方也有点少

var _instance *service
var once sync.Once
type service struct {
	Name string
}

func Service() *service {
	once.Do(func() {
           _instance = &service{}
        })
	return _instance
}

func (this *service) Startup() {
}

func (this *service) Stop() {

}

func (this *service) Restart() {

}

模式分析

在单例模式的实现过程中,它有以下几个要素：

私有的构造方法
指向自己实例的私有静态引用
以自己实例为返回值的静态的公有的方法

模式优缺点

优点
- 提供了对唯一实例的受控访问。因为单例类封装了它的唯一实例，所以它可以严格控制客户怎样以及何时访问它，并为设计及开发团队提供了共享的概念。
- 由于在系统内存中只存在一个对象，因此可以节约系统资源，对于一些需要频繁创建和销毁的对象，单例模式无疑可以提高系统的性能。
- 允许可变数目的实例。我们可以基于单例模式进行扩展，使用与单例控制相似的方法来获得指定个数的对象实例。
- 可以全局访问
缺点
- 由于单例模式中没有抽象层，因此单例类的扩展有很大的困难。
- 单例类的职责过重，在一定程度上违背了“单一职责原则”。因为单例类既充当了工厂角色，提供了工厂方法，同时又充当了产品角色，包含一些业务方法，将产品的创建和产品的本身的功能融合到一起。
- 滥用单例将带来一些负面问题，如为了节省资源将数据库连接池对象设计为单例类，可能会导致共享连接池对象的程序过多而出现连接池溢出；现在很多面向对象语言(如Java、C#)的运行环境都提供了自动垃圾回收的技术，因此，如果实例化的对象长时间不被利用，系统会认为它是垃圾，会自动销毁并回收资源，下次利用时又将重新实例化，这将导致对象状态的丢失。

模式适用场景

需要频繁实例化然后要销毁的对象
创建对象时损耗的资源或时间过多,但又经常用到的对象
需要频繁访问数据库或文件的对象
有状态的工具类对象

在java中，饿汉式单例要优于懒汉式单例。C++中则一般使用懒汉式单例。

下面列举一个常用的实用场景

一个具有自动编号主键的表可以有多个用户同时使用，但数据库中只能有一个地方分配下一个主键编号，否则会出现主键重复，因此该主键编号生成器必须具备唯一性，可以通过单例模式来实现。

模式注意事项

只能使用单例类提供的方法得到单例对象，不要使用反射，否则将会实例化一个新对象。
不要做断开单例类对象与类中静态引用的危险操作。
多线程使用单例使用共享资源时，注意线程安全问题。

其中线程安全的问题,一般上面的方法都是线程安全的,除非有特殊情况,比如用反射产生新的单例对象就非常危险

在分布式系统、多个类加载器、以及序列化的的情况下，会产生多个单例，这一点是无庸置疑的。那么在同一个jvm中，会不会产生单例呢？使用单例提供的getInstance()方法只能得到同一个单例，除非是使用反射方式，将会得到新的单例。代码如下
1
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> Class c = Class.forName(Singleton.class.getName());
> Constructor ct = c.getDeclaredConstructor();
> ct.setAccessible(true);
> Singleton singleton = (Singleton)ct.newInstance();
>

即每次运行都会产生新的单例对象。所以运用单例模式时，一定注意不要使用反射产生新的单例对象。

参考

https://blog.csdn.net/zhengzhb/article/details/7331369

https://design-patterns.readthedocs.io/zh_CN/latest/creational_patterns/singleton.html

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