设计模式之单例模式

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        单例模式是我们开发过程中很常用也是比较简单的一种设计模式，使用单例模式的目的是使类的一个对象成为系统的唯一一个实

例。举个大家都熟知的例子----Windows任务管理器，在Windows的任务栏里右击选择"任务管理器"，会打开一个"任务管理器"窗口

(如下图所示)，再连续同样操作几次看看到底打开的是多个窗口还是一个窗口，在不修改Windows内核的情况下，打开的肯定是唯一

一个窗口，也就是说"任务管理器"在我们Windows操作系统中是一个单例，那么微软为什么要这么设计呢？我们可以从以下两点来分

析：第一，如果打开的俩"任务管理器"窗口内容是一致的，那么就是重复对象，"任务管理器"获取电脑的实时状态信息是需要耗费

一定的系统资源的，重复对象显然是在浪费资源。第二，如果打开的窗口显示的内容不一致，那么情况可就糟糕了，一个窗口显示

CPU占用率5%，另一个显示CPU占用率90%，那么到底哪个是对的呢？综上可知，微软把"任务管理器"设计成单例模式是明智的。

          回到软件开发中，有时候我们需要节约系统资源，有时为了确保系统中只有唯一一个实例，所有的操作只能基于这个实例。为了确保这个实例的唯一性，我们需要借助单例模式来实现。

        以任务管理器为例，任务管理器里有大量成员方法，我选取显示进程和服务为例，对单例模式进行简要介绍。

        实现单例模式有三个要点：第一，某个类只能有一个实例；第二，它必须能自行创建一个实例；第三，它必须能自行向整个系统提供一个全局访问方法。

        一.饿汉模式：

package com.moluo.test;
   /**
    * @author xingzhemoluo
    */
public class TaskManager {
	//饿汉模式   线程安全
	//instance在类装载时就实例化，避免了多线程同步问题
	private static TaskManager instance = new TaskManager();
	private TaskManager() {
		// 执行初始化操作,必须是private，因为要防止其他类采用new的方式来创建实例
	}
	public void displayService() {
		// 显示服务
	}
	public void displayProcess() {
		// 显示进程
	}
	public static TaskManager getInstance() {
		return instance;
	}
}

       二.懒汉模式：

package com.moluo.test;
/**
 * @author xingzhemoluo
 */
public class TaskManager1 {
	//懒汉模式   线程不安全
	private static TaskManager1 instance;
	private TaskManager1() {
		// 执行初始化操作,必须是private，因为要防止其他类采用new的方式来创建实例
	}
	public void displayService() {
		// 显示服务
	}
	public void displayProcess() {
		// 显示进程
	}
	public static TaskManager1 getInstance() {
		if (instance == null) {
			instance = new TaskManager1();
		}
		return instance;
	}
}

        三.改进过的懒汉模式：

package com.moluo.test;
/**
 * @author xingzhemoluo
 */
public class TaskManager2 {
	//使用同步锁改进过的懒汉模式以处理多个线程同时访问的问题。  
	private static TaskManager2 instance;
	private TaskManager2() {
		// 执行初始化操作,必须是private，因为要防止其他类采用new的方式来创建实例
	}
	public void displayService() {
		// 显示服务
	}
	public void displayProcess() {
		// 显示进程
	}
	public static synchronized TaskManager2 getInstance() {
		if (instance == null) {
			instance = new TaskManager2();
		}
		return instance;
	}
}

       四.再次改进过的懒汉模式：

package com.moluo.test;
/**
 * @author xingzhemoluo
 */
public class TaskManager3 {
	//解决了线程安全问题，也实现了延迟加载，但有可能产生多个实例
	private static TaskManager3 instance;
	private TaskManager3() {
		// 执行初始化操作,必须是private，因为要防止其他类采用new的方式来创建实例
	}
	public void displayService() {
		// 显示服务
	}
	public void displayProcess() {
		// 显示进程
	}
    //将synchronized放到里面来实现延迟加载
	public static  TaskManager3 getInstance() {
		if (instance == null) {
			synchronized (TaskManager3.class) {
				instance = new TaskManager3();
			}
		}
		return instance;
	}
}

        假如在某一瞬间线程A和线程B都在调用getInstance()方法，此时instance对象为null值，均能通过instance == null的判断。由于实现了synchronized加锁机制，线程A进入synchronized锁定的代码中执行实例创建代码，线程B处于排队等待状态，必须等待线程A执行完毕后才可以进入synchronized锁定代码。但当A执行完毕时，线程B并不知道实例已经创建，将继续创建新的实例，导致产生多个单例对象。

       五.双重判断

package com.moluo.test;
/**
 * @author xingzhemoluo
 */
public class TaskManager4 {
	//双重锁定，但使用了volatile修饰词，屏蔽了jvm的一些代码优化，代码效率不高
	private static volatile TaskManager4 instance;
	private TaskManager4() {
		// 执行初始化操作,必须是private，因为要防止其他类采用new的方式来创建实例
	}
	public void displayService() {
		// 显示服务
	}
	public void displayProcess() {
		// 显示进程
	}
    //将synchronized放到里面，并且进行双重判断来实现延迟加载
	public static  TaskManager4 getInstance() {
		if (instance == null) {
			synchronized (TaskManager4.class) { //锁定代码块
				if (instance == null) {
					instance = new TaskManager4();
				}
			}
		}
		return instance;
	}
}

       六.静态内部类实现单例

package com.moluo.test;
/**
 * @author xingzhemoluo
 */
public class TaskManager5 {
    //在单例类中增加一个静态(static)内部类，在该内部类中创建单例对象，再将该单例对象通过getInstance()方法返回给外部使用
	private TaskManager5() {
		// 执行初始化操作,必须是private，因为要防止其他类采用new的方式来创建实例
	}
	public void displayService() {
		// 显示服务
	}
	public void displayProcess() {
		// 显示进程
	}
	public static  TaskManager5 getInstance() {
		return ClassHolder.instance;
	}
	//内部类
	private static class ClassHolder {
		private static TaskManager5 instance = new TaskManager5();
	}
}

单例模式总结
       单例模式作为一种目标明确、结构简单、理解容易的设计模式，在软件开发中使用频率相当高，在很多应用软件和框架中都得以广泛应用。
       1.主要优点
       单例模式的主要优点如下：
       (1) 单例模式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。
       (2) 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。
       (3) 允许可变数目的实例。基于单例模式我们可以进行扩展，使用与单例控制相似的方法来获得指定个数的对象实例，既节省系      统资源，又解决了单例单例对象共享过多有损性能的问题。
2.主要缺点
单例模式的主要缺点如下：
(1) 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。
(2) 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。
        (3) 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，如果实例化的共享对象长时间不被利              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，这将导致共享的单例对象状态的丢失。
      3.适用场景
       在以下情况下可以考虑使用单例模式：
      (1) 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资源管理器，或者需要考虑资源消耗太大而只允许创              建一个对象。
      (2) 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。

参考资料：http://blog.csdn.net/lujiancs/article/details/8278843

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设计模式之单例模式

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原文地址：http://blog.csdn.net/xingzhemoluo/article/details/42561025