不简单的单例模式

Java设计模式——不简单的单例模式

首先来个大家举个栗子：

大家想一想在古代我们当上了官，对吧，那我们就可以面见皇帝了，那么好，我们来看看皇帝，同一时期 基本上就是一个人在那上面坐着，所以我们只要是谈论到皇帝或者说是面见皇帝那基本就是说的是他了。所 以在程序中也就是这样，一个类只能生成一个对象（皇帝），所有的对象对他的依赖是相同的，因为只有一个啊，所以我们对他还是比较了解的，那么我们就可以和皇帝建立稳定的关系，那么好我们就开始用程序来解释一下。

那我们看看上面的图：根据上面的图我们来分析一下，首先皇帝是一个类，那每天都上早朝的也就还是这个皇帝，所以我们就不能每一个臣子都来New一个皇帝对象，那么我们怎么办呢？其实啊我么你是有构造函数的，我们可以吧构造函数变成私有的，不让其他人过来new一个皇帝，那这样不就可以了吗。

皇帝类（Emperor）：

     public class Emperor {
    private static final Emperor emperor =new Emperor(); //初始化一个皇帝
    private Emperor(){
    //世俗和道德约束你，目的就是不希望产生第二个皇帝
    }
    public static Emperor getInstance(){
    return emperor;
    }
    //皇帝发话了
    public static void say(){
    System.out.println("我就是皇帝某某某....");
    }
    }        

皇帝有了那我们就开始把臣子们都叫上来吧：

public class Minister {
public static void main(String[] args) {
for(int day=0;day<3;day++){
Emperor emperor=Emperor.getInstance();
emperor.say();
}
//三天见的皇帝都是同一个人，荣幸吧！
}
}

臣子参拜皇帝的运行结果如下所示。

我就是皇帝某某某....
我就是皇帝某某某....
我就是皇帝某某某....

上面呢只是单例模式的一个非常简单的例子，那我们就来好好分析一下单利模式的定义。

Singleton类称为单利类，通过对构造器的私有化，我们可以 确保在一个应用内只有一个实例，并且是自行实例化的。
Singleton代码：

public class Singleton {
private static final Singleton singleton = new Singleton();
//限制产生多个对象
private Singleton(){
}
//通过该方法获得实例对象
public static Singleton getSingleton(){
return singleton;
}
//类中其他方法，尽量是static
public static void doSomething(){
}
}

我们可以通过getSingleton的方法来获取实例。

看来大家也基本能够明白单例模式是怎么回事了吧，那我们就来看看怎么应用单例模式，
首先我们看一看单例模式有什么优点：

 由于单例模式在内存中只有一个实例，减少了内存开支，特别是一个对象需要频繁地创建、销毁时，而且创建或销毁时性能又无法优化，单例模式的优势就非常明显。
 由于单例模式只生成一个实例，所以减少了系统的性能开销，当一个对象的产生需要比较多的资源时，如读取配置、产生其他依赖对象时，则可以通过在应用启动时直接产生一 个单例对象，然后用永久驻留内存的方式来解决（在Java EE中采用单例模式时需要注意JVM垃圾回收机制）。
 单例模式可以避免对资源的多重占用，例如一个写文件动作，由于只有一个实例存在内存中，避免对同一个资源文件的同时写操作。
 单例模式可以在系统设置全局的访问点，优化和共享资源访问，例如可以设计一个单例类，负责所有数据表的映射处理。

在我们使用的时候难免会遇到一些单例模式的缺点：

 单例模式一般没有接口，扩展很困难，若要扩展，除了修改代码基本上没有第二种途    径可以实现。单例模式为什么不能增加接口呢？因为接口对单例模式是没有任何意义的，它    要求“自行实例化”，并且提供单一实例、接口或抽象类是不可能被实例化的。当然，在特殊    情况下，单例模式可以实现接口、被继承等，需要在系统开发中根据环境判断。
 单例模式对测试是不利的。在并行开发环境中，如果单例模式没有完成，是不能进行    测试的，没有接口也不能使用mock的方式虚拟一个对象。
 单例模式与单一职责原则有冲突。一个类应该只实现一个逻辑，而不关心它是否是单例的，是不是要单例取决于环境，单例模式把“要单例”和业务逻辑融合在一个类中。

那么单例模式的使用场景（一般我们在什么情况下需要时用到单例模式）

在一个系统中，要求一个类有且仅有一个对象，如果出现多个对象就会出现“不良反应”，可以采用单例模式，具体的场景如下：
 要求生成唯一序列号的环境；
 在整个项目中需要一个共享访问点或共享数据，例如一个Web页面上的计数器，可以
不用把每次刷新都记录到数据库中，使用单例模式保持计数器的值，并确保是线程安全的；
 创建一个对象需要消耗的资源过多，如要访问IO和数据库等资源；
 需要定义大量的静态常量和静态方法（如工具类）的环境，可以采用单例模式（当然，也可以直接声明为static的方式）。

注意我们以上说的其实都是在普通情况下单例模式，接下来给大家举个栗子>

public class Singleton {
private static Singleton singleton = null;
//限制产生多个对象
private Singleton(){
}
//通过该方法获得实例对象
public static Singleton getSingleton(){
if(singleton == null){
singleton = new Singleton();
}
return singleton;
}
}

在上面的例子中，我们就需要考虑到线程同步的问题了，当然这个在低并发的情况下一般是不会出现问题的，但是如果系统压力增大，并发量增加的时候可能就会在内存中产生多个单例，破坏了最初的预期，

为什么会出现这种情况呢？

比如一个线程A执行到singleton = new Singleton()，但还是没有获取到对象（因为对象初始化是需要时间的）,第二个线程B也在执行，执行到（singleton == null）判断，那么线程B获得判断的条件也是为真，于是继续运行下去，那么就相当于A，B都获得了一个对象，那么这样在内存中就存在两个对象。当然解决线程不安全有很多方法，我们可以吧getSingleton方法前面加synchronized关键字，也可以在getSingleton方法内加上synchronized来实现，但其实这些都不是最优秀但单例模式，加上synchronized的这个方法我们称之为懒汉式

那接下来我给大家扩展一下：
如果一个类可以产生多个对象，对象的数量不受限制，则非常容易实现，直接用new就可以，如果只需要一个对象，使用单例模式就可以了，但是如果要求一个类只能产生两个三个对象，怎么实现？那我们还用上面的例子来举例？

一 般情况下，一个朝代的同一个时代只有一个皇帝，那有没有出现两个皇帝的情况呢？确实有，就出现在明朝，那三国期间的算不算？不算，各自称帝，各有各的地盘，国号不同。大家还记得《石灰吟》这首诗吗？作者是谁？于谦。他是被谁杀死的？明英宗朱祁镇。对，就是那个在土木堡之变中被瓦剌俘虏的皇帝，被俘虏后，他弟弟朱祁钰当上了皇帝，就是明景帝，估计刚当上皇帝乐疯了，忘记把他哥哥朱祁镇升级为太上皇，在那个时期就出现了两个皇帝，这期间的大臣是非常郁闷的，为什么呀？因为可能出现今天参拜的皇帝和昨天的皇帝不相同，昨天给那个皇帝汇报，今天还要给这个皇帝汇报一遍；

这个类图看起来还算简单，但是实现就有点复杂了！
我们先写出来一个皇帝的类

public class Emperor {
//定义最多能产生的实例数量
private static int maxNumOfEmperor = 2;
//每个皇帝都有名字，使用一个ArrayList来容纳，每个对象的私有属性
private static ArrayList<String> nameList=new ArrayList<String>();
//定义一个列表，容纳所有的皇帝实例
private static ArrayList<Emperor> emperorList=new ArrayList<Emperor>();
//当前皇帝序列号
private static int countNumOfEmperor =0;
//产生所有的对象
static{
for(int i=0;i<maxNumOfEmperor;i++){
emperorList.add(new Emperor("皇"+(i+1)+"帝"));
}
}
private Emperor(){
//世俗和道德约束你，目的就是不产生第二个皇帝
}
//传入皇帝名称，建立一个皇帝对象
private Emperor(String name){
nameList.add(name);
}
//随机获得一个皇帝对象
public static Emperor getInstance(){
Random random = new Random();
//随机拉出一个皇帝，只要是个精神领袖就成
countNumOfEmperor = random.nextInt(maxNumOfEmperor);
return emperorList.get(countNumOfEmperor);
}
//皇帝发话了
public static void say(){
System.out.println(nameList.get(countNumOfEmperor));
}
}

在Emperor中使用了两个ArrayList分别存储实例和实例变量。当然，如果考虑到线程安全问题可以使用Vector来代替。接下来就开始臣子们来拜见皇上了：

public class Minister {
public static void main(String[] args) {
//定义5个大臣
int ministerNum =5;
for(int i=0;i<ministerNum;i++){
Emperor emperor = Emperor.getInstance();
System.out.print("第"+(i+1)+"个大臣参拜的是：");
emperor.say();
}
}
}

结果也很简单

第1个大臣参拜的是：皇1帝
第2个大臣参拜的是：皇2帝
第3个大臣参拜的是：皇1帝
第4个大臣参拜的是：皇1帝
第5个大臣参拜的是：皇2帝

看，果然每个大臣参拜的皇帝都可能不一样，大臣们就开始糊涂了，A大臣给皇1帝汇报了一件事情，皇2帝不知道，然后就开始怀疑大臣A是皇1帝的亲信，然后就想办法开始整……

这种需要产生固定数量对象的模式就叫做有上限的多例模式，它是单例模式的一种扩展，采用有上限的多例模式，我们可以在设计时决定在内存中有多少个实例，方便系统进行扩展，修正单例可能存在的性能问题，提供系统的响应速度。例如读取文件，我们可以在系统启动时完成初始化工作，在内存中启动固定数量的reader实例，然后在需要读取文件时就可以快速响应。

单例模式是23个模式中比较简单的模式，应用也非常广泛，如在Spring中，每个Bean默认就是单例的，这样做的优点是Spring容器可以管理这些Bean的生命期，决定什么时候创建出来，什么时候销毁，销毁的时候要如何处理，等等。如果采用非单例模式（Prototype类型），则Bean初始化后的管理交由J2EE容器，Spring容器不再跟踪管理Bean的生命周期