设计模式03-2-单例模式

第9章单例模式彭彬湖北汽车工业学院单例模式模式动机对于系统中的某些类来说，只有一个实例很重要，例如，一个系统中可以存在多个打印任务，但是只能有一个正在工作的任务；一个系统只能有一个窗口管理器或文件系统；一个系统只能有一个计时工具或ID（序号）生成器〔并行印刷发票〕。单例模式方案分析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。客户程序在调用某一个类时不会考虑这个类是否只能有一个实例等问题的，所以保证一个类只有一个实例是类设计者的责任，而不是类使用者的责任：让类控制客户端的访问；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模式定义单例模式(SingletonPattern)：一种对象创建型模式，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。SingletonPattern:Ensureaclasshasonlyoneinstanceandprovideaglobalpointofaccesstoit.单例模式模式结构instanceif(instance==null)instance=newSingleton();returninstance;Singleton-instance:Singleton-+Singleton()getInstance()...:Singleton单例模式模式实现－实现要点：•构造函数私有；•提供一个引用自身的静态私有成员变量；•提供一个公有的静态工厂方法。单例模式模式实现－实现代码如下所示：publicclassSingleton{privatestaticSingletoninstance=null;//静态私有成员变量//私有构造函数privateSingleton(){}//静态公有工厂方法，返回唯一实例publicstaticSingletongetInstance(){if(instance==null)instance=newSingleton();returninstance;}}模式实例如图，显示三个运动员赛跑的情况。一个运动员是一个线程，最先到达终点的线程将负责创建冠军Chanpion的实例单例模式模式效果－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。单例模式模式效果－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。单例模式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。单例模式模式典型应用－(1)java.lang.Runtime类publicclassRuntime{privatestaticRuntimecurrentRuntime=newRuntime();publicstaticRuntimegetRuntime(){returncurrentRuntime;}privateRuntime(){}......}单例模式模式典型应用－(2)一个具有自动编号主键的表可以有多个用户同时使用，但数据库中只能有一个地方分配下一个主键编号，否则会出现主键重复，因此该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。单例模式模式扩展－两类实现加载时初始化静态私有变量－－饿汉式单例类instancecreatesEagerSingleton-instance:EagerSingleton=newEagerSingleton()-+EagerSingleton()getInstance()...:EagerSingleton单例模式模式扩展－两类实现懒汉式单例类instancecreatesLazySingleton-instance:LazySingleton=null-+LazySingleton()getInstance()...:LazySingletonif(instance==null)instance=newLazySingleton();returninstance;单例模式模式扩展饿汉式单例与懒汉式单例类比较•饿汉式单例类在自己被加载时就将自己实例化。单从资源利用效率角度来讲，这个比懒汉式单例类稍差些。从速度和反应时间角度来讲，则比懒汉式单例类稍好些。•懒汉式单例类在实例化时，必须处理好在多个线程同时首次引用此类时的访问限制问题，特别是当单例类作为资源控制器，在实例化时必然涉及资源初始化，而资源初始化很有可能耗费大量时间，这意味着出现多线程同时首次引用此类的机率变得较大，需要通过同步化机制进行控制。应用案例－help窗口演示见代码作业P14512