單例模式（Singleton）

單例對象（Singleton）是一種常用的設計模式。在Java應用中，單例對象能保證在一個JVM中，該對象隻有一個執行個體存在。這樣的模式有幾個好處：

1、某些類建立比較頻繁，對于一些大型的對象，這是一筆很大的系統開銷。

2、省去了new操作符，降低了系統記憶體的使用頻率，減輕GC壓力。

3、有些類如交易所的核心交易引擎，控制着交易流程，如果該類可以建立多個的話，系統完全亂了。（比如一個軍隊出現了多個司令員同時指揮，肯定會亂成一團），是以隻有使用單例模式，才能保證核心交易伺服器獨立控制整個流程。

首先我們寫一個簡單的單例類：

[java] view plaincopy

public class Singleton {  

    /* 持有私有靜态執行個體，防止被引用，此處指派為null，目的是實作延遲加載 */  

    private static Singleton instance = null;  

    /* 私有構造方法，防止被執行個體化 */  

    private Singleton() {  

    }  

    /* 靜态工程方法，建立執行個體 */  

    public static Singleton getInstance() {  

        if (instance == null) {  

            instance = new Singleton();  

        }  

        return instance;  

    /* 如果該對象被用于序列化，可以保證對象在序列化前後保持一緻 */  

    public Object readResolve() {  

}  

這個類可以滿足基本要求，但是，像這樣毫無線程安全保護的類，如果我們把它放入多線程的環境下，肯定就會出現問題了，如何解決？我們首先會想到對getInstance方法加synchronized關鍵字，如下：

public static synchronized Singleton getInstance() {  

但是，synchronized關鍵字鎖住的是這個對象，這樣的用法，在性能上會有所下降，因為每次調用getInstance()，都要對對象上鎖，事實上，隻有在第一次建立對象的時候需要加鎖，之後就不需要了，是以，這個地方需要改進。我們改成下面這個：

public static Singleton getInstance() {  

            synchronized (instance) {  

                if (instance == null) {  

                    instance = new Singleton();  

                }  

            }  

似乎解決了之前提到的問題，将synchronized關鍵字加在了内部，也就是說當調用的時候是不需要加鎖的，隻有在instance為null，并建立對象的時候才需要加鎖，性能有一定的提升。但是，這樣的情況，還是有可能有問題的，看下面的情況：在Java指令中建立對象和指派操作是分開進行的，也就是說instance = new Singleton();語句是分兩步執行的。但是JVM并不保證這兩個操作的先後順序，也就是說有可能JVM會為新的Singleton執行個體配置設定空間，然後直接指派給instance成員，然後再去初始化這個Singleton執行個體。這樣就可能出錯了，我們以A、B兩個線程為例：

a>A、B線程同時進入了第一個if判斷

b>A首先進入synchronized塊，由于instance為null，是以它執行instance = new Singleton();

c>由于JVM内部的優化機制，JVM先畫出了一些配置設定給Singleton執行個體的空白記憶體，并指派給instance成員（注意此時JVM沒有開始初始化這個執行個體），然後A離開了synchronized塊。

d>B進入synchronized塊，由于instance此時不是null，是以它馬上離開了synchronized塊并将結果傳回給調用該方法的程式。

e>此時B線程打算使用Singleton執行個體，卻發現它沒有被初始化，于是錯誤發生了。

是以程式還是有可能發生錯誤，其實程式在運作過程是很複雜的，從這點我們就可以看出，尤其是在寫多線程環境下的程式更有難度，有挑戰性。我們對該程式做進一步優化：

private static class SingletonFactory{           

        private static Singleton instance = new Singleton();           

    }           

    public static Singleton getInstance(){           

        return SingletonFactory.instance;           

    }   

實際情況是，單例模式使用内部類來維護單例的實作，JVM内部的機制能夠保證當一個類被加載的時候，這個類的加載過程是線程互斥的。這樣當我們第一次調用getInstance的時候，JVM能夠幫我們保證instance隻被建立一次，并且會保證把指派給instance的記憶體初始化完畢，這樣我們就不用擔心上面的問題。同時該方法也隻會在第一次調用的時候使用互斥機制，這樣就解決了低性能問題。這樣我們暫時總結一個完美的單例模式：

    /* 此處使用一個内部類來維護單例 */  

    private static class SingletonFactory {  

        private static Singleton instance = new Singleton();  

    /* 擷取執行個體 */  

        return SingletonFactory.instance;  

        return getInstance();  

其實說它完美，也不一定，如果在構造函數中抛出異常，執行個體将永遠得不到建立，也會出錯。是以說，十分完美的東西是沒有的，我們隻能根據實際情況，選擇最适合自己應用場景的實作方法。也有人這樣實作：因為我們隻需要在建立類的時候進行同步，是以隻要将建立和getInstance()分開，單獨為建立加synchronized關鍵字，也是可以的：

public class SingletonTest {  

    private static SingletonTest instance = null;  

    private SingletonTest() {  

    private static synchronized void syncInit() {  

            instance = new SingletonTest();  

    public static SingletonTest getInstance() {  

            syncInit();  

考慮性能的話，整個程式隻需建立一次執行個體，是以性能也不會有什麼影響。

補充：采用"影子執行個體"的辦法為單例對象的屬性同步更新

    private Vector properties = null;  

    public Vector getProperties() {  

        return properties;  

    public void updateProperties() {  

        SingletonTest shadow = new SingletonTest();  

        properties = shadow.getProperties();  

通過單例模式的學習告訴我們：

1、單例模式了解起來簡單，但是具體實作起來還是有一定的難度。

2、synchronized關鍵字鎖定的是對象，在用的時候，一定要在恰當的地方使用（注意需要使用鎖的對象和過程，可能有的時候并不是整個對象及整個過程都需要鎖）。

到這兒，單例模式基本已經講完了，結尾處，筆者突然想到另一個問題，就是采用類的靜态方法，實作單例模式的效果，也是可行的，此處二者有什麼不同？

首先，靜态類不能實作接口。（從類的角度說是可以的，但是那樣就破壞了靜态了。因為接口中不允許有static修飾的方法，是以即使實作了也是非靜态的）

其次，單例可以被延遲初始化，靜态類一般在第一次加載是初始化。之是以延遲加載，是因為有些類比較龐大，是以延遲加載有助于提升性能。

再次，單例類可以被繼承，他的方法可以被覆寫。但是靜态類内部方法都是static，無法被覆寫。

最後一點，單例類比較靈活，畢竟從實作上隻是一個普通的Java類，隻要滿足單例的基本需求，你可以在裡面随心所欲的實作一些其它功能，但是靜态類不行。從上面這些概括中，基本可以看出二者的差別，但是，從另一方面講，我們上面最後實作的那個單例模式，内部就是用一個靜态類來實作的，是以，二者有很大的關聯，隻是我們考慮問題的層面不同罷了。兩種思想的結合，才能造就出完美的解決方案，就像HashMap采用數組+連結清單來實作一樣，其實生活中很多事情都是這樣，單用不同的方法來處理問題，總是有優點也有缺點，最完美的方法是，結合各個方法的優點，才能最好的解決問題！

4、建造者模式（Builder）

工廠類模式提供的是建立單個類的模式，而建造者模式則是将各種産品集中起來進行管理，用來建立複合對象，所謂複合對象就是指某個類具有不同的屬性，其實建造者模式就是前面抽象工廠模式和最後的Test結合起來得到的。我們看一下代碼：

還和前面一樣，一個Sender接口，兩個實作類MailSender和SmsSender。最後，建造者類如下：

public class Builder {  

    private List<Sender> list = new ArrayList<Sender>();  

    public void produceMailSender(int count){  

        for(int i=0; i<count; i++){  

            list.add(new MailSender());  

    public void produceSmsSender(int count){  

            list.add(new SmsSender());  

測試類：

public class Test {  

    public static void main(String[] args) {  

        Builder builder = new Builder();  

        builder.produceMailSender(10);  

從這點看出，建造者模式将很多功能內建到一個類裡，這個類可以創造出比較複雜的東西。是以與工程模式的差別就是：工廠模式關注的是建立單個産品，而建造者模式則關注建立符合對象，多個部分。是以，是選擇工廠模式還是建造者模式，依實際情況而定。

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