设计模式（6）创建型模式 - 单例模式

前言

对于三个工厂模式有了详解的了解
现在继续学习其他的设计模式
创建型模式 - 单例模式

单例模式动机

对于系统中的某些类来说，保证只有一个实例很重要

例如Windows中任务管理器就始终只能打开一个
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如何保证一个类只有一个实例并且这个实例易于被访问呢？
定义一个全局变量可以确保对象随时都可以被访问，但不能防止我们实例化多个对象。
一个更好的解决办法是让类自身负责保存它的唯一实例。这个类可以保证没有其他实例被创建，并且它可以提供一个访问该实例的方法

单例模式定义

单例模式(Singleton Pattern)：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，它提供全局访问的方法。
单例模式的要点有三个：一是某个类只能有一个实例；二是它必须自行创建这个实例；三是它必须自行向整个系统提供这个实例。单例模式是一种对象创建型模式。单例模式又名单件模式或单态模式

单例模式结构

单例模式只有一个角色：

单例类：包含一个实例且能自行创建这个实例的类

单例模式的目的是保证一个类仅有一个实例，并提供一个访问它的全局访问点。单例模式包含的角色只有一个，就是单例类（Singleton）。

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单例类拥有一个私有构造函数，确保用户无法通过new关键字直接实例化它。除此之外，该模式中包含一个静态私有成员变量与静态公有的工厂方法，该工厂方法负责检验实例的存在性并实例化自己，然后存储在静态成员变量中，以确保只有一个实例被创建

案例实现

一个模拟的任务管理器

package com.company.DesignPatterns;


class TaskManager{
    private static TaskManager taskManager=null;

    private TaskManager() {
    }

    public static void getTaskManager(){

        if (taskManager==null){
            System.out.println("第一次打开任务管理器：允许打开");
            taskManager=new TaskManager();
        }
        else {
            System.out.println("已经打开了任务管理器：拒绝打开");
        }
    }
}

public class Singleton {
    public static void main(String [] args){
        System.out.println("第一次打开任务管理器");
        TaskManager.getTaskManager();
        System.out.println("第二次打开任务管理器");
        TaskManager.getTaskManager();
    }
}

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单例模式优缺点

优点：

提供了对唯一实例的受控访问。因为单例类封装了它的唯一实例，所以它可以严格控制客户怎样以及何时访问它，并为设计及开发团队提供了共享的概念。
由于在系统内存中只存在一个对象，因此可以节约系统资源，对于一些需要频繁创建和销毁的对象，单例模式无疑可以提高系统的性能。
允许可变数目的实例。我们可以基于单例模式进行扩展，使用与单例控制相似的方法来获得指定个数的对象实例

缺点：

由于单例模式中没有抽象层，因此单例类的扩展有很大的困难。
单例类的职责过重，在一定程度上违背了“单一职责原则”。因为单例类既充当了工厂角色，提供了工厂方法，同时又充当了产品角色，包含一些业务方法，将产品的创建和产品的本身的功能融合到一起。
滥用单例将带来一些负面问题，如为了节省资源将数据库连接池对象设计为单例类，可能会导致共享连接池对象的程序过多而出现连接池溢出；现在很多面向对象语言(如Java、C#)的运行环境都提供了自动垃圾回收的技术，因此，如果实例化的对象长时间不被利用，系统会认为它是垃圾，会自动销毁并回收资源，下次利用时又将重新实例化，这将导致对象状态的丢失

模式适用环境

系统只需要一个实例对象，如系统要求提供一个唯一的序列号生成器，或者需要考虑资源消耗太大而只允许创建一个对象。
客户调用类的单个实例只允许使用一个公共访问点，除了该公共访问点，不能通过其他途径访问该实例。
在一个系统中要求一个类只有一个实例时才应当使用单例模式。反过来，如果一个类可以有几个实例共存，就需要对单例模式进行改进，使之成为多例模式

模式应用

java.lang.Runtime类
Runtime类表示JVM运行时的一些运行环境
Runtime类定义的时候，它的构造方法已经被私有化了(单例设计模式的应用)
即必须保证运行只能有一个Runtime对象

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私有构造方法和私有静态成员变量

数据库中表只能有一个主键
主键编号生成器必须具备唯一性，可以通过单例模式来实现
Spring中bean可以选择单例类型

<bean id="date" class="java.util.Date" scope="singleton"/>

模式扩展

Singleton 模式通常有两种实现形式：懒汉式单例、饿汉式单例

懒汉式单例

类加载时没有生成单例，只有当第一次调用 getlnstance 方法时才去创建这个单例

private static TaskManager taskManager=null;

意思是在成员变量这没有实例化，把实例化放在方法中

	public static void getTaskManager(){

        if (taskManager==null){
            System.out.println("第一次打开任务管理器：允许打开");
            taskManager=new TaskManager();
        }
        else {
            System.out.println("已经打开了任务管理器：拒绝打开");
        }
    }

上面的案例就是懒汉式单例

饿汉式单例

类一旦加载就创建一个单例，保证在调用 getInstance 方法之前单例已经存在了

private static TaskManager taskManager=new TaskManager();

也就是在静态成员变量实例化对象

在学习JVM类加载就知道了，静态成员变量会在类加载时就创建

总结

单例模式是为了保证一个类只有一个实例对象
单例模式3个要点：类只有一个实例、类自行创建该实例、类必须自行向系统提供该实例
单例模式通过私有静态成员变量、私有构造方法、静态公有工厂方法实现
单例模式主要优点在于提供了对唯一实例的受控访问并可以节约系统资源；其主要缺点在于因为缺少抽象层而难以扩展，且单例类职责过重
单例模式适用于系统只需要一个对象、单个实例只允许一个公有访问点、类要求只有一个对象时使用单例模式
单例模式实现：饿汉式单例、懒汉式单例

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