单例类详解

和寝室的一哥们对最近的状态用一个词总结下“疲于奔命”

 

笔试、面试了不少，都不甚满意，一直想找机会整理下常考的东西

 

单例模式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。这个类称为单例类。

 

单例模式的要点
　 一是某各类只能有一个实例；

    二是它必须自行创建这个事例；

    三是它必须自行向整个系统提供这个实例。

在下面的对象图中，有一个"单例对象"，而"客户甲"、"客户乙" 和"客户丙"是单例对象的三个客户对象。可以看到，所有的客户对象共享一个单例对象。而且从单例对象到自身的连接线可以看出，单例对象持有对自己的引用。

　

　　由于Java 语言的特点，使得单例模式在Java 语言的实现上有自己的特点。这些特点主要表现在单例类如何将自己实例化上。

 

 

 

　　饿汉式单例类饿汉式单例类是在Java 语言里实现得最为简便的单例类，下面所示的类图描述了一个饿汉式单例类的典型实现。
　饿汉式单例类
public class EagerSingleton { private static final EagerSingleton m_instance = new EagerSingleton(); /** * 私有的默认构造方法 */ private EagerSingleton() { } /** * 静态工厂方法 */ public static EagerSingleton getInstance() {·224·Java 与模式 return m_instance; }}

 

 

　　可以看出，在这个类被加载时，静态变量m_instance 会被初始化，此时类的私有构造方法会被调用。这时候，单例类的惟一实例就被创建出来了。

　　Java 语言中单例类的一个最重要的特点是类的构造方法是私有的，从而避免外界利用构造方法直接创建出任意多的实例。值得指出的是，由于构造方法是私有的，因此，此类不能被继承。

　　懒汉式单例类
　　与饿汉式单例类相同之处是，类的构造方法是私有的。与饿汉式单例类不同的是，懒汉式单例类在第一次被引用时将自己实例化。如果加载器是静态的，那么在懒汉式单例类被加载时不会将自己实例化。

 

 

懒汉式单例类
package com.javapatterns.singleton.demos;public class LazySingleton{private static LazySingletonm_instance = null;/*** 私有的默认构造方法，保证外界无法直接实例化*/private LazySingleton() { }/*** 静态工厂方法，返还此类的惟一实例*/synchronized public static LazySingletongetInstance(){if (m_instance == null){m_instance = new LazySingleton();}return m_instance;}}

 

　　读者可能会注意到，在上面给出懒汉式单例类实现里对静态工厂方法使用了同步化，以处理多线程环境。

　　同样，由于构造方法是私有的，因此，此类不能被继承。饿汉式单例类在自己被加载时就将自己实例化。即便加载器是静态的，在饿汉式单例类被加载时仍会将自己实例化。单从资源利用效率角度来讲，这个比懒汉式单例类稍差些。
　　从速度和反应时间角度来讲，则比懒汉式单例类稍好些。然而，懒汉式单例类在实例化时， 必须处理好在多个线程同时首次引用此类时的访问限制问题，特别是当单例类作为资源控制器，在实例化时必然涉及资源初始化，而资源初始化很有可能耗费时间。这意味着出现多线程同时首次引用此类的机率变得较大。
　　饿汉式单例类可以在Java 语言内实现， 但不易在C++ 内实现，因为静态初始化在C++ 里没有固定的顺序，因而静态的m_instance 变量的初始化与类的加载顺序没有保证，可能会出问题。这就是为什么GoF 在提出单例类的概念时，举的例子是懒汉式的。他们的书影响之大，以致Java 语言中单例类的例子也大多是懒汉式的。实际上，本书认为饿汉式单例类更符合Java 语言本身的特点。

　　登记式单例类
　　登记式单例类是GoF 为了克服饿汉式单例类及懒汉式单例类均不可继承的缺点而设计的。　　代码清单3

 

 

登记式单例类
import java.util.HashMap;public class RegSingleton{static private HashMap m_registry = new HashMap();static{RegSingleton x = new RegSingleton();m_registry.put( x.getClass().getName() ， x);}/*** 保护的默认构造方法*/protected RegSingleton() {}/*** 静态工厂方法，返还此类惟一的实例*/static public RegSingleton getInstance(String name){if (name == null){name = "com.javapatterns.singleton.demos.RegSingleton";}if (m_registry.get(name) == null){try{m_registry.put( name，Class.forName(name).newInstance() ) ;}catch(Exception e){System.out.println("Error happened.");}}return (RegSingleton) (m_registry.get(name) );}/*** 一个示意性的商业方法*/public String about(){return "Hello， I am RegSingleton.";}} 　　

 

它的子类RegSingletonChild 需要父类的帮助才能实例化。

　　

 import java.util.HashMap;public class RegSingletonChild extends RegSingleton{public RegSingletonChild() {}/*** 静态工厂方法*/static public RegSingletonChild getInstance(){return (RegSingletonChild)RegSingleton.getInstance("com.javapatterns.singleton.demos.RegSingletonChild" );}/*** 一个示意性的商业方法*/public String about(){return "Hello， I am RegSingletonChild.";}}

 
　　在GoF 原始的例子中，并没有getInstance() 方法，这样得到子类必须调用的getInstance(String name)方法并传入子类的名字，因此很不方便。本章在登记式单例类子类的例子里，加入了getInstance() 方法，这样做的好处是RegSingletonChild 可以通过这个方法，返还自已的实例。而这样做的缺点是，由于数据类型不同，无法在RegSingleton 提供这样一个方法。由于子类必须允许父类以构造子调用产生实例，因此，它的构造方法必须是公开的。这样一来，就等于允许了以这样方式产生实例而不在父类的登记中。这是登记式单例类的一个缺点。
　　GoF 曾指出，由于父类的实例必须存在才可能有子类的实例，这在有些情况下是一个浪费。这是登记式单例类的另一个缺点。