设计模式(1)——单例模式

本文介绍单例模式的概念和应用。

基本思想和原则

保证一个类仅有一个实例，自行实例化并提供一个访问它的全局访问点。

单例模式有以下三个要素：

1. 保证类实例的唯一性。
2. 提供一个获取类唯一实例的全局访问点。
3. 类必须自行创建这个唯一的实例，不能由用户手动创建。

动机

在一些情况下我们希望某个类在系统中有且仅有一个实例，常见的例子有全局id生成器、任务管理器、全局计时器、配置对象等。如果这些类的对象有多个，可能造成数据不一致的情况，因此需要一种通用的模式来保证这些类在系统中有且仅有一个实例。

实现

单例模式的实现可以分为懒汉式和饿汉式两种，懒汉式指的是等到需要的时候再创建对象，饿汉式则是在类被加载时就创建一个对象。因此懒汉式存在线程安全的问题，而饿汉式没有线程安全问题。

我们先来看懒汉式：

public class Singleton {
    private Singleton() {}

    private static Singleton _instcance = null;

    public static Singleton getInstance() {
        if (_instcance == null) {
            _instcance = new Singleton();
        }
        return _instcance;
    }
}

上面的方式不是线程安全的，如果想要线程安全，可以使用同步：

public class Singleton {
    private Singleton() {}

    private static Singleton _instcance = null;

    public static synchronized Singleton getInstance() {
        if (_instcance == null) {
            _instcance = new Singleton();
        }
        return _instcance;
    }
}

这种方式将整个getInstance方法同步了，因此每次调用的时候都要同步，效率比较低。还可以只在第一次的时候同步：

public class Singleton {
    private Singleton() {}

    private static Singleton _instcance = null;

    public static Singleton getInstance() {
        if (_instcance == null) {
            synchronized(Singleton.class){
                if (_instcance == null) {
                    _instcance = new Singleton();
                }
            }

        }
        return _instcance;
    }
}

上面这种方式只在第一次的时候同步，当已经存在实例时直接返回。

还可以使用静态内部类实现单例：

public class Singleton {

    private static class InnerClass{
        private static final Singleton _instance = new Singleton();
    }
    private Singleton() {}

    public static Singleton getInstance() {
        return InnerClass._instance;
    }
}

静态内部类也不需要同步，因为在类加载的时候就创建了实例。

主函数如下：

public class Test {
    public static void main(String[] args) {
        Singleton obj1 = Singleton.getInstance();
        Singleton obj2 = Singleton.getInstance();
        System.out.println(obj1.hashCode());
        System.out.println(obj2.hashCode());
    }
}

打印的结果是obj1和obj2的hashCode相同（每次运行得到的hashCode不同）：

1761291320
1761291320