专注JavaWeb开发 首页制式『默认式 OR 时间轴 网站地图|RSS订阅|设为首页|加入收藏
当前位置:首页 >Java >Java基础 > 正文

设计模式之禅之单例模式

来源: 专注JavaWeb开发 作者: 秦晓波 发布时间: 2015-04-09 浏览次数:

设计模式之禅 第一第二版下载地址 http://www.javaweb1024.com/info/403.jspx

第7章 单例模式

7.1 我是皇帝我独苗

自从秦始皇确立了皇帝这个位置以后,同一时期基本上就只有一个人孤零零地坐在这个位置。这种情况下臣民们也好处理,大家叩拜、谈论的时候只要提及皇帝,每个人都知道指的是谁,而不用在皇帝前面加上特定的称呼,如张皇帝、李皇帝。这一个过程反应到设计领域就是,要求一个类只能生成一个对象(皇帝),所有对象对它的依赖都是相同的,因为只有一个对象,大家对它的脾气和习性都非常了解,建立健壮稳固的关系,我们把皇帝这种特殊职业通过程序来实现。皇帝每天要上朝接待臣子、处理政务,臣子每天要叩拜皇帝,皇帝只能有一个,也就是一个类只能产生一个对象,该怎么实现呢?对象产生是通过new关键字完成的(当然也有其他方式,比如对象复制、反射等),这个怎么控制呀,但是大家别忘记了构造函数,使用new关键字创建对象时,都会根据输入的参数调用相应的构造函数,如果我们把构造函数设置为private私有访问权限不就可以禁止外部创建对象了吗?臣子叩拜唯一皇帝的过程类图如

图7-1所示。

只有两个类,Emperor代表皇帝类,Minister代表臣子类,关联到皇帝类非常简单。

Emperor如代码清单7-1所示。

代码清单7-1 皇帝类

public class Emperor {

private static final Emperor emperor =new Emperor(); //初始化一个皇帝

private Emperor(){

//世俗和道德约束你,目的就是不希望产生第二个皇帝

}

public static Emperor getInstance(){

return emperor;

}

//皇帝发话了

public static void say(){

System.out.println("我就是皇帝某某某....");

}

}

通过定义一个私有访问权限的构造函数,避免被其他类new出来一个对象,而Emperor自己则可以new一个对象出来,其他类对该类的访问都可以通过getInstance获得同一个对象。皇帝有了,臣子要出场,其类如代码清单7-2所示。

代码清单7-2 臣子类

public class Minister {

public static void main(String[] args) {

for(int day=0;day<3;day++){

Emperor emperor=Emperor.getInstance();

emperor.say();

}

//三天见的皇帝都是同一个人,荣幸吧!

}

}

臣子参拜皇帝的运行结果如下所示。

我就是皇帝某某某....

我就是皇帝某某某....

我就是皇帝某某某....

臣子天天要上朝参见皇帝,今天参拜的皇帝应该和昨天、前天的一样(过渡期的不考虑,别找茬哦),大臣磕完头,抬头一看,嗨,还是昨天那个皇帝,老熟人了,容易讲话,这就是单例模式。

7.2 单例模式的定义

单例模式(Singleton Pattern)是一个比较简单的模式,其定义如下:

Ensure a class has only one instance, and provide a global point of access to it.(确保某一个类只有一个实例,而且自行实例化并向整个系统提供这个实例。)

单例模式的通用类图如图7-2所示。

图7-2 单例模式通用类图

Singleton类称为单例类,通过使用private的构造函数确保了在一个应用中只产生一个实例,并且是自行实例化的(在Singleton中自己使用new Singleton())。单例模式的通用源代码

如代码清单7-3所示。

代码清单7-3 单例模式通用代码

public class Singleton {

private static final Singleton singleton = new Singleton();

//限制产生多个对象

private Singleton(){

}

//通过该方法获得实例对象

public static Singleton getSingleton(){

return singleton;

}

//类中其他方法,尽量是static

public static void doSomething(){

}

}

7.3 单例模式的应用

7.3.1 单例模式的优点

● 由于单例模式在内存中只有一个实例,减少了内存开支,特别是一个对象需要频繁地创建、销毁时,而且创建或销毁时性能又无法优化,单例模式的优势就非常明显。

● 由于单例模式只生成一个实例,所以减少了系统的性能开销,当一个对象的产生需要比较多的资源时,如读取配置、产生其他依赖对象时,则可以通过在应用启动时直接产生一个单例对象,然后用永久驻留内存的方式来解决(在Java EE中采用单例模式时需要注意JVM垃圾回收机制)。

● 单例模式可以避免对资源的多重占用,例如一个写文件动作,由于只有一个实例存在内存中,避免对同一个资源文件的同时写操作。

● 单例模式可以在系统设置全局的访问点,优化和共享资源访问,例如可以设计一个单例类,负责所有数据表的映射处理。

7.3.2 单例模式的缺点

● 单例模式一般没有接口,扩展很困难,若要扩展,除了修改代码基本上没有第二种途径可以实现。单例模式为什么不能增加接口呢?因为接口对单例模式是没有任何意义的,它要求“自行实例化”,并且提供单一实例、接口或抽象类是不可能被实例化的。当然,在特殊情况下,单例模式可以实现接口、被继承等,需要在系统开发中根据环境判断。

● 单例模式对测试是不利的。在并行开发环境中,如果单例模式没有完成,是不能进行测试的,没有接口也不能使用mock的方式虚拟一个对象。

● 单例模式与单一职责原则有冲突。一个类应该只实现一个逻辑,而不关心它是否是单例的,是不是要单例取决于环境,单例模式把“要单例”和业务逻辑融合在一个类中。

7.3.3 单例模式的使用场景

在一个系统中,要求一个类有且仅有一个对象,如果出现多个对象就会出现“不良反应”,可以采用单例模式,具体的场景如下:

● 要求生成唯一序列号的环境;

● 在整个项目中需要一个共享访问点或共享数据,例如一个Web页面上的计数器,可以不用把每次刷新都记录到数据库中,使用单例模式保持计数器的值,并确保是线程安全的;

● 创建一个对象需要消耗的资源过多,如要访问IO和数据库等资源;

● 需要定义大量的静态常量和静态方法(如工具类)的环境,可以采用单例模式(当然,也可以直接声明为static的方式)。

7.3.4 单例模式的注意事项

首先,在高并发情况下,请注意单例模式的线程同步问题。单例模式有几种不同的实现方式,上面的例子不会出现产生多个实例的情况,但是如代码清单7-4所示的单例模式就需要考虑线程同步。

代码清单7-4 线程不安全的单例

public class Singleton {

private static Singleton singleton = null;

//限制产生多个对象

private Singleton(){

}

//通过该方法获得实例对象

public static Singleton getSingleton(){

if(singleton == null){

singleton = new Singleton();

}

return singleton;

}

}

该单例模式在低并发的情况下尚不会出现问题,若系统压力增大,并发量增加时则可能在内存中出现多个实例,破坏了最初的预期。为什么会出现这种情况呢?如一个线程A执行到singleton = new Singleton(),但还没有获得对象(对象初始化是需要时间的),第二个线程B也在执行,执行到(singleton == null)判断,那么线程B获得判断条件也是为真,于是继续运行下去,线程A获得了一个对象,线程B也获得了一个对象,在内存中就出现两个对象!

解决线程不安全的方法很有多,可以在getSingleton方法前加synchronized关键字,也可以在getSingleton方法内增加synchronized来实现,但都不是最优秀的单例模式,建议读者使用如代码清单7-3所示的方式(有的书上把代码清单7-3中的单例称为饿汉式单例,在代码清单7-4中增加了synchronized的单例称为懒汉式单例)。其次,需要考虑对象的复制情况。在Java中,对象默认是不可以被复制的,若实现了Cloneable接口,并实现了clone方法,则可以直接通过对象复制方式创建一个新对象,对象复制是不用调用类的构造函数,因此即使是私有的构造函数,对象仍然可以被复制。在一般情况下,类复制的情况不需要考虑,很少会出现一个单例类会主动要求被复制的情况,解决该问题的最好方法就是单例类不要实现Cloneable接口。


QQ群: 武汉地区(142173356)验证消息JavaWeb1024

网友共有【】评论,点击查看



x 微信关注我们 随时获取最新网站资讯