Java模式設(shè)計(jì)之單例模式（一）

2019-11-18 15:39:28

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供稿：網(wǎng)友

　　作為對(duì)象的創(chuàng)建模式[GOF95]，單例模式確保某一個(gè)類只有一個(gè)實(shí)例，而且自行實(shí)例化并向整個(gè)系統(tǒng)提供這個(gè)實(shí)例。這個(gè)類稱為單例類。

　　注：本文乃閻宏博士的《java與模式》一書的第十五章。

　　引言

　　單例模式的要點(diǎn)

　　單例單例

　　顯然單例模式的要點(diǎn)有三個(gè)；一是某各類只能有一個(gè)實(shí)例；二是它必須自行創(chuàng)建這個(gè)事例；三是它必須自行向整個(gè)系統(tǒng)提供這個(gè)實(shí)例。在下面的對(duì)象圖中，有一個(gè)"單例對(duì)象"，而"客戶甲"、"客戶乙" 和"客戶丙"是單例對(duì)象的三個(gè)客戶對(duì)象。可以看到，所有的客戶對(duì)象共享一個(gè)單例對(duì)象。而且從單例對(duì)象到自身的連接線可以看出，單例對(duì)象持有對(duì)自己的引用。

Java模式設(shè)計(jì)之單例模式（一）（圖一）

　　資源治理

　　一些資源治理器經(jīng)常設(shè)計(jì)成單例模式。

　　在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中，需要治理的資源包括軟件外部資源，譬如每臺(tái)計(jì)算機(jī)可以有若干個(gè)打印機(jī)，但只能有一個(gè)PRinter Spooler，以避免兩個(gè)打印作業(yè)同時(shí)輸出到打印機(jī)中。每臺(tái)計(jì)算機(jī)可以有若干傳真卡，但是只應(yīng)該有一個(gè)軟件負(fù)責(zé)治理傳真卡，以避免出現(xiàn)兩份傳真作業(yè)同時(shí)傳到傳真卡中的情況。每臺(tái)計(jì)算機(jī)可以有若干通信端口，系統(tǒng)應(yīng)當(dāng)集中治理這些通信端口，以避免一個(gè)通信端口同時(shí)被兩個(gè)請(qǐng)求同時(shí)調(diào)用。

　　需要治理的資源包括軟件內(nèi)部資源，譬如，大多數(shù)的軟件都有一個(gè)（甚至多個(gè)）屬性（properties）文件存放系統(tǒng)配置。這樣的系統(tǒng)應(yīng)當(dāng)由一個(gè)對(duì)象來治理一個(gè)屬性文件。

　　需要治理的軟件內(nèi)部資源也包括譬如負(fù)責(zé)記錄網(wǎng)站來訪人數(shù)的部件，記錄軟件系統(tǒng)內(nèi)部事件、出錯(cuò)信息的部件，或是對(duì)系統(tǒng)的表現(xiàn)進(jìn)行檢查的部件等。這些部件都必須集中治理，不可政出多頭。

　　這些資源治理器構(gòu)件必須只有一個(gè)實(shí)例，這是其一；它們必須自行初始化，這是其二；答應(yīng)整個(gè)系統(tǒng)訪問自己這是其三。因此，它們都滿足單例模式的條件，是單例模式的應(yīng)用。

　　一個(gè)例子：Windows 回收站

　　Windows 9x 以后的視窗系統(tǒng)中都有一個(gè)回收站，下圖就顯示了windows 2000 的回收站。

Java模式設(shè)計(jì)之單例模式（一）（圖二）

　　在整個(gè)視窗系統(tǒng)中，回收站只能有一個(gè)實(shí)例，整個(gè)系統(tǒng)都使用這個(gè)惟一的實(shí)例，而且回收站自行提供自己的實(shí)例。因此，回收站是單例模式的應(yīng)用。

　　雙重檢查成例

　　在本章最后的附錄里研究了雙重檢查成例。雙重檢查成例與單例模式并無直接的關(guān)系，但是由于很多C 語言設(shè)計(jì)師在單例模式里面使用雙重檢查成例，所以這一做法也被很多Java 設(shè)計(jì)師所模擬。因此，本書在附錄里提醒讀者，雙重檢查成例在Java 語言里并不能成立，詳情請(qǐng)見本章的附錄。 單例模式的結(jié)構(gòu)

　　單例模式有以下的特點(diǎn)：

　　　.. 單例類只可有一個(gè)實(shí)例。

　　　.. 單例類必須自己創(chuàng)建自己這惟一的實(shí)例。

　　　.. 單例類必須給所有其他對(duì)象提供這一實(shí)例。

　　雖然單例模式中的單例類被限定只能有一個(gè)實(shí)例，但是單例模式和單例類可以很輕易被推廣到任意且有限多個(gè)實(shí)例的情況，這時(shí)候稱它為多例模式（Multiton Pattern）和多例類（Multiton Class），請(qǐng)見"專題：多例（Multiton ）模式與多語言支持"一章。單例類的簡(jiǎn)略類圖如下所示。

Java模式設(shè)計(jì)之單例模式（一）（圖三）

　　由于Java 語言的特點(diǎn)，使得單例模式在Java 語言的實(shí)現(xiàn)上有自己的特點(diǎn)。這些特點(diǎn)主要表現(xiàn)在單例類如何將自己實(shí)例化上。

　　餓漢式單例類餓漢式單例類是在Java 語言里實(shí)現(xiàn)得最為簡(jiǎn)便的單例類，下面所示的類圖描述了一個(gè)餓漢式單例類的典型實(shí)現(xiàn)。

Java模式設(shè)計(jì)之單例模式（一）（圖四）

　　從圖中可以看出，此類已經(jīng)自已將自己實(shí)例化。

　　代碼清單1：餓漢式單例類

public class EagerSingleton
{
private static final EagerSingleton m_instance =
new EagerSingleton();
/**
* 私有的默認(rèn)構(gòu)造子
*/
private EagerSingleton() { }
/**
* 靜態(tài)工廠方法
*/
public static EagerSingleton getInstance()
{

·224·Java 與模式
return m_instance;
}
}
　　讀者可以看出，在這個(gè)類被加載時(shí)，靜態(tài)變量m_instance 會(huì)被初始化，此時(shí)類的私有構(gòu)造子會(huì)被調(diào)用。這時(shí)候，單例類的惟一實(shí)例就被創(chuàng)建出來了。

　　Java 語言中單例類的一個(gè)最重要的特點(diǎn)是類的構(gòu)造子是私有的，從而避免外界利用構(gòu)造子直接創(chuàng)建出任意多的實(shí)例。值得指出的是，由于構(gòu)造子是私有的，因此，此類不能被繼續(xù)。

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