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单例模式的资料

简介:

                                                                                                                              在网上收集的资料

一、引子

单例模式是设计模式中使用很频繁的一种模式,在各种开源框架、应用系统中多有应用,在我前面的几篇文章中也结合其它模式使用到了单例模式。这里我们就单例模式进行系统的学习。并对有人提出的单例模式是邪恶的这个观点进行了一定的分析。

二、定义与结构

单例模式又叫做单态模式或者单件模式。在GOF书中给出的定义为: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。单例模式中的单例通常用来代表那些本质上具有唯一性的系统组件(或者叫做资源)。比如文件系统、资源管理器等等。

单例模式的目的就是要控制特定的类只产生一个对象,当然也允许在一定情况下灵活的改变对象的个数。那么怎么来实现单例模式呢?一个类的对象的产生是由类构造函数来完成的,如果想限制对象的产生,就要将构造函数变为私有的(至少是受保护的),使得外面的类不能通过引用来产生对象;同时为了保证类的可用性,就必须提供一个自己的对象以及访问这个对象的静态方法。

现在对单例模式有了大概的了解了吧,其实单例模式在实现上是非常简单的——只有一个角色,而客户则通过调用类方法来得到类的对象。

放上一个类图吧,这样更直观一些:
 

 

 

单例模式可分为有状态的和无状态的。有状态的单例对象一般也是可变的单例对象,多个单态对象在一起就可以作为一个状态仓库一样向外提供服务。没有状态的单例对象也就是不变单例对象,仅用做提供工具函数。


 

三、实现

在单例模式的实现上有几种不同的方式,我在这里将一一讲解。先来看一种方式,它在《java与模式》中被称为饿汉式。

 

public class Singleton {

//在自己内部定义自己一个实例

//注意这是private 只供内部调用

private static Singleton instance = new Singleton();

//如上面所述,将构造函数设置为私有

private Singleton(){

} 

//静态工厂方法,提供了一个供外部访问得到对象的静态方法  
  public static Singleton getInstance() {
    return instance;   

  
}

 

      下面这种方式被称为懒汉式:P

 

public class Singleton {

      //和上面有什么不同?

private static Singleton instance = null;

//设置为私有的构造函数

private Singleton(){

} 

//静态工厂方法

public static synchronized Singleton getInstance() {

//这个方法比上面有所改进
       if (instance==null)

           instancenew Singleton();
       return instance;   

}

}

 

先让我们来比较一下这两种实现方式。

首先他们的构造函数都是私有的,彻底断开了使用构造函数来得到类的实例的通道,但是这样也使得类失去了多态性(大概这就是为什么有人将这种模式称作单态模式)。  

在第二种方式中,对静态工厂方法进行了同步处理,原因很明显——为了防止多线程环境中产生多个实例;而在第一种方式中则不存在这种情况。

      在第二种方式中将类对自己的实例化延迟到第一次被引用的时候。而在第一种方式中则是在类被加载的时候实例化,这样多次加载会造成多次实例化。但是第二种方式由于使用了同步处理,在反应速度上要比第一种慢一些。

      在 《java与模式》书中提到,就java语言来说,第一种方式更符合java语言本身的特点。

      以上两种实现方式均失去了多态性,不允许被继承。还有另外一种灵活点的实现,将构造函数设置为受保护的,这样允许被继承产生子类。这种方式在具体实现上又有所不同,可以将父类中获得对象的静态方法放到子类中再实现;也可以在父类的静态方法中进行条件判断来决定获得哪一个对象;在GOF中认为最好的一种方式是维护一张存有对象和对应名称的注册表(可以使用HashMap来实现)。下面的实现参考《java与模式》采用带有注册表的方式。

 

import java.util.HashMap;

 

public class Singleton

{

//用来存放对应关系

      private static HashMap sinRegistry = new HashMap();

      static private Singleton s = new Singleton();

      //受保护的构造函数

      protected Singleton()

      {}

      public static Singleton getInstance(String name)

      {

           if(name == null)

                 name = "Singleton";

           if(sinRegistry.get(name)==null)

           {

                 try{

                      sinRegistry.put(name , Class.forName(name).newInstance());

                 }catch(Exception e)

                 {

                      e.printStackTrace();   

                 }   

           }

           return (Singleton)(sinRegistry.get(name));    

      }

      public void test()

      {

           System.out.println("getclasssuccess!");    

      }

}

 

public class SingletonChild1 extends Singleton

{

      public SingletonChild1(){}

      static   public SingletonChild1 getInstance()

      {

           return (SingletonChild1)Singleton.getInstance("SingletonChild1");    

      }

      public void test()

      {

           System.out.println("getclasssuccess111!");    

      }

}

 

java中子类的构造函数的范围不能比父类的小,所以可能存在不守规则的客户程序使用其构造函数来产生实例。

 

四、单例模式邪恶论

看这题目也许有点夸张,不过这对初学者是一个很好的警告。单例模式在java中的使用存在很多陷阱和假象,这使得没有意识到单例模式使用局限性的你在系统中布下了隐患……

其实这个问题早在2001年的时候就有人在网上系统的提出来过,我在这里只是老生常谈了。但是对于大多的初学者来说,可能这样的观点在还很陌生。下面我就一一列举出单例模式在java中存在的陷阱。

 

多个虚拟机

当系统中的单例类被拷贝运行在多个虚拟机下的时候,在每一个虚拟机下都可以创建一个实例对象。在使用了EJBJINIRMI技术的分布式系统中,由于中间件屏蔽掉了分布式系统在物理上的差异,所以对你来说,想知道具体哪个虚拟机下运行着哪个单例对象是很困难的。

因此,在使用以上分布技术的系统中,应该避免使用存在状态的单例模式,因为一个有状态的单例类,在不同虚拟机上,各个单例对象保存的状态很可能是不一样的,问题也就随之产生。而且在EJB中不要使用单例模式来控制访问资源,因为这是由EJB容器来负责的。在其它的分布式系统中,当每一个虚拟机中的资源是不同的时候,可以考虑使用单例模式来进行管理。

 

多个类加载器

当存在多个类加载器加载类的时候,即使它们加载的是相同包名,相同类名甚至每个字节都完全相同的类,也会被区别对待的。因为不同的类加载器会使用不同的命名空间(namespace)来区分同一个类。因此,单例类在多加载器的环境下会产生多个单例对象。

也许你认为出现多个类加载器的情况并不是很多。其实多个类加载器存在的情况并不少见。在很多J2EE服务器上允许存在多个servlet引擎,而每个引擎是采用不同的类加载器的;浏览器中applet小程序通过网络加载类的时候,由于安全因素,采用的是特殊的类加载器,等等。

      这种情况下,有状态的单例模式也会给系统带来隐患。因此除非系统由协调机制,在一般情况下不要使用存在状态的单例模式。

 

      错误的同步处理

      在使用上面介绍的懒汉式单例模式时,同步处理的恰当与否也是至关重要的。不然可能会达不到得到单个对象的效果,还可能引发死锁等错误。因此在使用懒汉式单例模式时一定要对同步有所了解。不过使用饿汉式单例模式就可以避免这个问题。

 

      子类破坏了对象控制

      在上一节介绍最后一种扩展性较好的单例模式实现方式的时候,就提到,由于类构造函数变得不再私有,就有可能失去对对象的控制。这种情况只能通过良好的文档来规范。

 

      串行化(可序列化)

为了使一个单例类变成可串行化的,仅仅在声明中添加“implements Serializable”是不够的。因为一个串行化的对象在每次返串行化的时候,都会创建一个新的对象,而不仅仅是一个对原有对象的引用。为了防止这种情况,可以在单例类中加入readResolve方法。关于这个方法的具体情况请参考《Effective Java》一书第57条建议。

其实对象的串行化并不仅局限于上述方式,还存在基于XML格式的对象串行化方式。这种方式也存在上述的问题,所以在使用的时候要格外小心。

 

      上面罗列了一些使用单例模式时可能会遇到的问题。而且这些问题都和java中的类、线程、虚拟机等基础而又复杂的概念交织在一起,你如果稍不留神……。但是这并不代表着单例模式就一无是处,更不能一棒子将其打死。它还是不可缺少的一种基础设计模式,它对一些问题提供了非常有效的解决方案,在java中你完全可以把它看成编码规范来学习,只是使用的时候要考虑周全些就可以了。

 

五、题外话

抛开单例模式,使用下面一种简单的方式也能得到单例,而且如果你确信此类永远是单例的,使用下面这种方式也许更好一些。

public static final Singleton INSTANCE = new Singleton();

而使用单例模式提供的方式,这可以在不改变API的情况下,改变我们对单例类的具体要求。










本文转自 646676684 51CTO博客,原文链接:http://blog.51cto.com/2402766/552208,如需转载请自行联系原作者

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