設計模式之Singleton - 單态模式

本文介紹設計模式中的單态（Singleton）模式的概念，用法，以及實際應用中怎麼樣使用Singleton模式進行開發。

Singleton的概念

Singleton模式是一種對象建立型模式，使用Singleton模式，可以保證為一個類隻生成唯一的執行個體對象。也就是說，在整個程式空間中，該類隻存在一個執行個體對象。

其實，GoF對Singleton模式的定義是：保證一個類隻有一個執行個體存在，同時提供能對該執行個體加以通路的全局通路方法。

為什麼要使用Singleton模式呢？

在應用系統開發中，我們常常有以下需求：

- 在多個線程之間，比如servlet環境，共享同一個資源或者操作同一個對象

- 在整個程式空間使用全局變量，共享資源

- 大規模系統中，為了性能的考慮，需要節省對象的建立時間

等等

因為Singleton模式可以保證為一個類隻生成唯一的執行個體對象，是以這些情況，Singleton模式就派上用場了。

Singleton模式的實作

Singleton模式是設計模式中相對比較簡單的模式之一。了解以及使用方法都比較簡單。

Singleton模式有多個實作方法。但目前，每一種都存在或多或少的問題。

下面我們将給出幾種實作方法，同時對它們加以比較。

第一種方法：

這是一種最簡單的實作方法。但是一種相對有效的實作方法。現在，一般推薦這一種方法作為Singleton模式的實作方法。

//1）使用final關鍵字修改class，防止子類繼承

public final class Singleton {

    //2）Singleton自身唯一執行個體instance

    private static final Singleton instance = new Singleton();

    //3）private構造方法。防止外部調用者使用new建立新的執行個體

    private Singleton(){};

    //4）提供唯一執行個體的全局通路點

    public static Singleton getInstance(){

        return Singleton.instance;

    }

    ...

}

注意上述1），2），3），4）部分，這是Singleton模式實作的幾個關鍵。

我們注意到，這種方法沒有對instance = new Singleton()部分作同期化操作，但考慮到Singleton執行個體的生成隻是在最初被調用時才執行一次，如果我們在調用時适當處理一下，比如在程式的統一初期化時（SERVLET環境的情況下可以在容器被初始化時如SevletListener裡）調用一下Singleton，就不會存線上程安全問題。

第二種方法：

    private static Singleton instance;

    public static synchronized Singleton getInstance(){

        if(instance == null){

            instance = new Singleton();

        }

        return instance;

該方法把Singleton執行個體生成放到了getInstance方法裡，同時使用synchronized解決了線程安全問題。

但如果在高并發的應用系統中，大量的線程在調用getInstance時會受到阻塞，系統的性能将受到嚴重影響。

第三種方法：

            synchronized (this) {

                //double-check

                if(instance == null){

                    instance = new Singleton();

                }

            }

該方法也叫double-check（雙重檢查）方法，把線程同步synchronized放到隻會被執行一次的同步塊裡。該方法雖然解消了性能瓶頸問題，但該方法被指出并不是線程安全的（不同步的情況下引用類型不是線程安全的）。

第四種方法：

    private volatile static Singleton instance;