單态設計模式(Singleton Design Pattern)

核心--在類的内部把構造器私有化,同時在内部産生對象,并通過類.靜态方法(static)傳回執行個體化對象的引用。

1 基本概念

單态模式是設計模式中最為人熟知的也是形式最簡單的。它的基本概念是一個類隻生成一個執行個體。

2 應用

Singleton的應用有很多，譬如對資料庫隻能有一個連接配接，或者對網站的連接配接數的計數器。

3 幾種形式

基本形式是使用private constructor和一個public的static方法來獲得類的執行個體。

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

Snippet 1

constructor是private，是以如 Singleton s = new Singleton() 不再可行了。隻能通過

Singleton s = Singleton.getInstance(); 來獲得執行個體，而這個執行個體因為是static，全局共享一個，是以無論有多少個Singleton s = Singleton.getInstance(); 得到的執行個體都是同一個。

而Singleton 還有另外一種形式，采用lazy initialization：

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

Snippet 2

Snippet 2同Snippet 1的差別在于：

Snippet 1在load class階段就建立對象了;

而Snippet 2隻有第一次要執行個體化的時候才會建立對象。這就是所謂的lazy initialization。

多線程問題

我們來看snippet 2，如果是單線程，沒問題，如果是多線程，問題就出現了，因為兩個線程可以同時進入if(instance == null) 這個判斷語句，是以有可能兩個線程建立兩個執行個體。

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

Snippet 3

然而Snippet 3的問題是在建立了對象之後, instance = new Singleton() 這個語句就再也不會執行了，是以對整個方法進行同步的話效率低下，這樣就有人想出了Double-checked locking的方法：

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public class Singleton { private static Singleton instance = null ; private Singleton(){} public static Singleton getInstance() { if (instance == null ) synchronized(Singleton. class ){ if (instance == null ) instance = new Singleton(); } return instance; } }

Snippet 4

這樣就解決了問題，僅僅對

1 2	if (instance == null ) instance = new Singleton();

這段代碼進行同步，如果對象已經被建立，就不會進入到第一個if代碼段裡面，是以僅僅在第一次建立的時候會進行同步，效率自然高了。現在看來萬無一失了。但問題還沒有這麼簡單。

out-of-order write問題，更多相關資料請見： DoubleCheckedLocking

instance = new Singleton();  的順序應該是

1 2 3

1 配置設定記憶體 2 構造函數初始化 3 将對象的reference指派給instance

但因為Java Memory Model的問題，可能出現下面的所謂out-of-order write的問題：

1 2 3

1 配置設定記憶體 2 将對象的reference指派給instance 3 構造函數初始化

也就是還沒對對象初始化，就已經instance != null了，這樣如果另外一個線程這時候對執行個體進行操作，可能有意想不到的結果。

但仍舊沒有好的辦法可以完全解決這個問題。見 參考一 , 參考二

綜上，采用Snippet 1或者Snippet 3比較安全。Snippet 2和Snippet 4最好在多線程的環境下不要使用，否則可能會出錯。

4 限制

但Singleton的模式還是有限制的

1 因為采用private constructor，是以Singleton是不能被繼承的。

2 如果應用是在容器中運作，就要小心，因為servlet可能在被幾個classloader加載，同時有幾個Singleton執行個體存在。

3 另外如果Singleton是可被序列化的(Serializable)，如果序列化一次而反序列化多次就有可能有多個Singleton執行個體存在。

5 結論

是以就算是看起來最簡單的設計模式也有這麼多變數，一不小心就可能落入陷阱。不過當你知道陷阱在哪，也就能避免掉進去了。

使用将構造方法封裝的方法：無論産生多少個對象，我們隻執行個體化一次，這樣的設計在設計模式上稱為單态設計模式（單例設計模式）：

singleton , 如果不希望一個類産生多個執行個體的話，則必須使用單态設計模式，此設計模式，在以後的高性能開發中經常使用，而且在 java 的類庫中大量的使用了此設計模式。

    所謂單态就是在入口處限制了對象的執行個體操作。

    單态設計模式的意義：

實際上這種模式非常常用，我們大家使用的windows作業系統中就使用了此設計模式，windows中用一個回車站： ，除了桌面以外，其他的每個硬碟中都有一個回車站，其他的回車站和其他硬碟的每個回車站都是同一個，也就是所整個作業系統中有且隻有一個回車站，各個地方隻是引用此執行個體。

單态設計模式的核心就是将類的構造函數私有化，在類的内部産生執行個體對象，并通過類的靜态方法傳回類的執行個體對象。