设计模式 之 单例模式

本文开始整个设计模式的系列学习，希望通过不断的学习，可以对设计模式有整体的掌握，并在项目中根据实际的情况加以利用。

单例模式是指一个类仅允许创建其自身的一个实例，并提供对该实例的访问权限。它包含静态变量，可以容纳其自身的唯一和私有实例。它被应用于这种场景——用户希望类的实例被约束为一个对象。在需要单个对象来协调整个系统时，它会很有帮助。

1、单例类只能有一个实例

2、单例类必须自己创建自己的唯一实例

3、单例类必须给其他所有对象提供这一实例

1.尽量使用懒加载

2.双重检索实现线程安全

3.构造方法为private

4.定义静态的Singleton instance对象和getInstance()方法

单例模式至少有六种写法。

作为一种重要的设计模式，单例模式的好处有：

1、控制资源的使用，通过线程同步来控制资源的并发访问

2、控制实例的产生，以达到节约资源的目的

3、控制数据的共享，在不建立直接关联的条件下，让多个不相关的进程或线程之间实现通信

Singleton通过将构造方法限定为private避免了类在外部被实例化，在同一个虚拟机范围内，Singleton的唯一实例只能通过getInstance()方法访问。但其实通过Java反射机制是能够实例化构造方法为private的类的，那基本上会使所有的Java单例实现失效。

虽然也是只有一个线程能够执行，假如线程B先执行，线程B获得锁，线程B执行完之后，线程 A获得锁，但是此时没有检查singleton是否为空就直接执行了，所以还会出现两个singleton实例的情况。

既然懒汉式是非线程安全的，那就要改进它。最直接的想法是，给getInstance方法加锁不就好了，但是我们不需要给方法全部加锁啊，只需要给方法的一部分加锁就好了。基于这个考虑，引入了双检锁（Double Check Lock，简称DCL）的写法：

使用volatile 的原因：

对于JVM而言，它执行的是一个个Java指令。在Java指令中创建对象和赋值操作是分开进行的，也就是说instance = new Singleton()语句是分两步执行的。但是JVM并不保证这两个操作的先后顺序，也就是说有可能JVM会为新的Singleton实例分配空间， 然后直接赋值给instance成员，然后再去初始化这个Singleton实例。这样就使出错成为了可能，我们仍然以A、B两个线程为例：

加载一个类时，其内部类不会同时被加载。一个类被加载，当且仅当其某个静态成员（静态域、构造器、静态方法等）被调用时发生。

枚举类实现单例模式是 effective java 作者极力推荐的单例实现模式，因为枚举类型是线程安全的，并且只会装载一次，设计者充分的利用了枚举的这个特性来实现单例模式，枚举的写法非常简单，而且枚举类型是所用单例实现中唯一一种不会被破坏的单例实现模式。因为枚举类没有构造方法，可以防止反序列化操作。

1、除枚举方式外, 其他方法都会通过反射的方式破坏单例,反射是通过调用构造方法生成新的对象，所以如果我们想要阻止单例破坏，可以在构造方法中进行判断，若已有实例, 则阻止生成新的实例，解决办法如下:

2、如果单例类实现了序列化接口Serializable, 就可以通过反序列化破坏单例，所以我们可以不实现序列化接口,如果非得实现序列化接口，可以重写反序列化方法readResolve(), 反序列化时直接返回相关单例对象。

Runtime是一个典型的例子，看下JDK API对于这个类的解释"每个Java应用程序都有一个Runtime类实例，使应用程序能够与其运行的环境相连接，可以通过getRuntime方法获取当前运行时。应用程序不能创建自己的Runtime类实例。"，这段话，有两点很重要：

1、每个应用程序都有一个Runtime类实例

2、应用程序不能创建自己的Runtime类实例

只有一个、不能自己创建，是不是典型的单例模式？看一下，Runtime类的写法：

为了节约系统资源，有时需要确保系统中某个类只有唯一一个实例，当这个唯一实例创建成功之后，我们无法再创建一个同类型的其他对象，所有的操作都只能基于这个唯一实例。为了确保对象的唯一性，我们可以通过单例模式来实现。

单例模式应用的场景一般发现在以下条件下：

（1）资源共享的情况下，避免由于资源操作时导致的性能或损耗等。如上述中的日志文件，应用配置。

（2）控制资源的情况下，方便资源之间的互相通信。如线程池等。

关于单例模式的漫画分析： https://mp.weixin.qq.com/s/f-sJIZHr7JUa31gKTllSFQ

单例模式的优缺点、注意事项、使用场景

java模式之单例模式：

单例模式确保一个类只有一个实例，自行提供这个实例并向整个系统提供这个实例。

特点：

1，一个类只能有一个实例

2，自己创建这个实例

3，整个系统都要使用这个实例

例: 在下面的对象图中，有一个"单例对象"，而"客户甲"、"客户乙" 和"客户丙"是单例对象的三个客户对象。可以看到，所有的客户对象共享一个单例对象。而且从单例对象到自身的连接线可以看出，单例对象持有对自己的引用。

Singleton模式主要作用是保证在Java应用程序中，一个类Class只有一个实例存在。在很多操作中，比如建立目录 数据库连接都需要这样的单线程操作。一些资源管理器常常设计成单例模式。

外部资源：譬如每台计算机可以有若干个打印机，但只能有一个Printer Spooler,以避免两个打印作业同时输出到打印机中。每台计算机可以有若干个通信端口，系统应当集中管理这些通信端口，以避免一个通信端口被两个请求同时调用。内部资源，譬如，大多数的软件都有一个（甚至多个）属性文件存放系统配置。这样的系统应当由一个对象来管理这些属性文件。

一个例子：Windows 回收站。

在整个视窗系统中，回收站只能有一个实例，整个系统都使用这个惟一的实例，而且回收站自行提供自己的实例。因此，回收站是单例模式的应用。

两种形式：

1，饿汉式单例类

public class Singleton {

private Singleton(){}

//在自己内部定义自己一个实例，是不是很奇怪？

//注意这是private 只供内部调用

private static Singleton instance = new Singleton()

//这里提供了一个供外部访问本class的静态方法，可以直接访问

public static Singleton getInstance() {

return instance

}

}

2，懒汉式单例类

public class Singleton {

private static Singleton instance = null

public static synchronized Singleton getInstance() {

//这个方法比上面有所改进，不用每次都进行生成对象，只是第一次

//使用时生成实例，提高了效率！

if (instance==null)

instance＝new Singleton()

return instance }

}

第二中形式是lazy initialization，也就是说第一次调用时初始Singleton，以后就不用再生成了。

单例模式

:使得类的一个对象成为系统中的唯一实例.

PHP中使用单例模式最常见的就是数据库操作了。避免在系统中有多个连接数据库的操作，浪费系统资源的现象，就可以使用单例模式。每次对数据库操作都使用一个实例。

简单示例

class

AClass

{

//

用来存储自己实例

public

static

$instance

//

私有化构造函数，防止外界实例化对象

private

function

__construct()

{}

//

私有化克隆函数，防止外界克隆对象

private

function

__clone()

{}

//

静态方法，单例访问统一入口

public

static

function

getInstance()

{

if

(!(self::$instance

instanceof

self)){

self::$instance

=

new

self()

}

return

self::$instance

}

//

test

public

function

test()

{

return

"done"

}

//

私有化克隆函数，防止外界克隆对象

private

function

__clone()

{}

}

class

BClass

extends

AClass{

}

//

获取实例

$aclass

=

AClass::getInstance()

$bclass

=

BClass::getInstance()

//

调用方法

echo

$aclass->test()

对一些比较大型的应用来说，可能连接多个数据库，那么不同的数据库公用一个对象可能会产生问题，比如连接句柄的分配等，我们可以通过给$instance变成数组，通过不同的参数来控制

简单示例

class

DB

{

//

用来存储自己实例

public

static

$instance

=

array()

public

$conn

//

私有化构造函数，防止外界实例化对象

private

function

__construct($host,

$username,

$password,

$dbname,

$port)

{

$this->conn

=

new

mysqli($host,

$username,

$password,

$dbname,

$port)

}

//

静态方法，单例访问统一入口

public

static

function

getInstance($host,

$username,

$password,

$dbname,

$port)

{

$key

=

$host.":".$port

if

(!(self::$instance[$key]

instanceof

self)){

self::$instance[$key]

=

new

self($host,

$username,

$password,

$dbname,

$port)#实例化

}

return

self::$instance[$key]

}

//query

public

function

query($ql)

{

return

$this->conn->query($sql)

}

//

私有化克隆函数，防止外界克隆对象

private

function

__clone()

{}

//释放资源

public

function

__destruct(){

$this->conn->close()

}

}

总体来说设计模式分为三大类：一、创建型模式，共五种：工厂方法模式、抽象工厂模式、单例模式、建造者模式、原型模式。二、结构型模式，共七种：适配器模式、装饰器模式、代理模式、外观模式、桥接模式、组合模式、享元模式。三、行为型模式，共十一种：策略模式、模板方法模式、观察者模式、迭代子模式、责任链模式、命令模式、备忘录模式、状态模式、访问者模式、中介者模式、解释器模式。1、工厂方法模式：定义一个用于创建对象的接口，让子类决定实例化哪一个类。Factory Method 使一个类的实例化延迟到其子类。工厂模式有一个问题就是，类的创建依赖工厂类，也就是说，如果想要拓展程序，必须对工厂类进行修改，这违背了闭包原则，所以，从设计角度考虑，有一定的问题，这就用到工厂方法模式。创建一个工厂接口和创建多个工厂实现类，这样一旦需要增加新的功能，直接增加新的工厂类就可以了，不需要修改之前的代码。2、抽象工厂模式：提供一个创建一系列相关或相互依赖对象的接口，而无需指定它们具体的类。抽象工厂需要创建一些列产品，着重点在于＂创建哪些＂产品上，也就是说，如果你开发，你的主要任务是划分不同差异的产品线，并且尽量保持每条产品线接口一致，从而可以从同一个抽象工厂继承。3、单例模式：单例对象（Singleton）是一种常用的设计模式。在Java应用中，单例对象能保证在一个JVM中，该对象只有一个实例存在。

python常用的几种设计模式有：1、单例模式，确保某一个类只有一个实例；2、工厂模式，使用一个公共的接口来创建对象；3、策略模式，随着策略对象改变内容；4、门面模式，对子系统的封装，使得封装接口不会被单独提出来。

什么是设计模式？

设计模式是一套被反复使用，多数人知道，经过分类编目的代码设计经验总结。

使用设计模式是为了提高代码可重用性，可阅读性，和可靠性。

你说理解的设计模式有几种？

设计模式又可分为三种：创建型（单例模式）、（工厂模式），结构型，行为型（策略模式）

单例模式以及应用场景：

（1）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，单例模式是一种对象创建型模式。Windows的Task Manager（任务管理器）、Recycle Bin（回收站）、网站计数器

（2）单例模式应用的场景一般发现在以下条件下：

资源共享的情况下，避免由于资源操作时导致的性能或损耗等。如上述中的日志文件，应用配置。控制资源的情况下，方便资源之间的互相通信。如线程池等

要点：一是某个类只能有一个实例；二是它必须自行创建这个实例；三是它必须自行向整个系统提供这个实例。

工厂模式：

提供一个创建对象的接口，不像客户端暴露创建对象的过程，而是使用一个公共的接口来创建对象。

可以分为三种：简单工厂  工厂方法   抽象工厂

一个类的行为或其算法可以在运行时更改。这种类型的设计模式属于行为型模式。

策略模式：

在策略模式中，我们创建表示各种策略的对象和一个行为随着策略对象改变而改变的 context 对象。策略对象改变 context 对象的执行算法。

要点：把一个个策略，也就是算法封装成一个一个类，任意的替换

解决的问题：避免多个if....else带来的复杂

使用场景：系统中需要动态的在集中算法中动态的选择一种，

门面模式：

门面模式也叫外观模式，定义如下：要求一个子系统的外部与其内部的通信必须通过一个统一的对象进行。门面模式提供一个高层次的接口，使得子系统更易于使用。门面模式注重“统一的对象”，也就是提供一个访问子系统的接口。门面模式与之前说过的模板模式有类似的地方，都是对一些需要重复方法的封装。但从本质上来说，是不同的。模板模式是对类本身的方法的封装，其被封装的方法也可以单独使用；而门面模式，是对子系统的封装，其被封装的接口理论上是不会被单独提出来用的。

一个对象有很多行为，如果么有选择合适的设计模式，这些行为就需要用多重的条件判断来实现算法的切换，增加了代码的复杂度。

推荐课程：Python面对对象(Corey Schafer)

单例模式：保证一个类在使用过程中，只有一个实例。

优势就是单例模式的作用，这个类永远只有一个实例。

还在于可以节省内存，因为它限制了实例的个数，有利于Java垃圾回收。

java的学习建议:

首先要看书读理论，不一定都懂，因为有一个懂的过程；

然后就是分析代码，看看书上的代码的意思，逐行逐行地看，去体会；

最重要的一点就是敲写代码，刚开始不会没关系，照着书一行一行的敲，然后运行，观察结果，把程序运行结果联系程序代码，学得多一点了就尝试修改代码，改一点点看运行结果有什么变化，便于理解程序内部执行的机制。