第5章 單例模式

第5章單例模式本章教學(xué)內(nèi)容單例模式模式動(dòng)機(jī)與定義模式結(jié)構(gòu)與分析模式實(shí)例與解析模式效果與應(yīng)用模式擴(kuò)展引例

---讀取配置文件的內(nèi)容

考慮這樣一個(gè)應(yīng)用，讀取配置文件的內(nèi)容。很多應(yīng)用項(xiàng)目，都有與應(yīng)用相關(guān)的配置文件，這些配置文件很多是由項(xiàng)目開發(fā)人員自定義的，在里面定義一些應(yīng)用需要的參數(shù)數(shù)據(jù)。當(dāng)然在實(shí)際的項(xiàng)目中，這種配置文件多采用xml格式，也有采用properties格式的，畢竟使用Java來(lái)讀取properties格式的配置文件比較簡(jiǎn)單。現(xiàn)在要讀取配置文件的內(nèi)容，該如何實(shí)現(xiàn)呢？

直接讀取文件的內(nèi)容，然后把文件內(nèi)容存放在相應(yīng)的數(shù)據(jù)對(duì)象里面就可以了。真的這么簡(jiǎn)單嗎？先實(shí)現(xiàn)看看吧。假設(shè)系統(tǒng)采用的是properties格式的配置文件。（1）直接使用Java來(lái)讀取配置文件的示例代碼如下：

//讀取應(yīng)用配置文件publicclassAppConfig{

privateStringparameterA;//用來(lái)存放配置文件中參數(shù)A的值

privateStringparameterB;

//用來(lái)存放配置文件中參數(shù)B的值

publicStringgetParameterA(){

//注意：只有訪問(wèn)參數(shù)的方法，沒有設(shè)置參數(shù)的方法

returnparameterA;

}

publicStringgetParameterB(){

returnparameterB;

}//構(gòu)造方法

publicAppConfig(){//調(diào)用讀取配置文件的方法

readConfig();

}}

privatevoidreadConfig(){//讀取配置文件，把配置文件中的內(nèi)容讀出來(lái)設(shè)置到屬性上

Propertiesp=newProperties();

InputStreamin=null;

try{

in=AppConfig.class.getResourceAsStream(

"AppCperties");

p.load(in);//把配置文件中的內(nèi)容讀出來(lái)設(shè)置到屬性上

this.parameterA=p.getProperty("paramA");

this.parameterB=p.getProperty("paramB");

}catch(IOExceptione){

System.out.println("裝載配置文件出錯(cuò)了，具體堆棧信息如下：");

e.printStackTrace();

}finally{

try{

in.close();

}catch(IOExceptione){

e.printStackTrace();

}

}

}

（2）應(yīng)用的配置文件，名字是AppCperties，放在AppConfig相同的包里面。簡(jiǎn)單示例如下：paramA=aparamB=b（3）寫個(gè)客戶端來(lái)測(cè)試一下。示例代碼如下：publicclassClient{

publicstaticvoidmain(String[]args){//創(chuàng)建讀取應(yīng)用配置的對(duì)象

AppConfigconfig=newAppConfig();

StringparamA=config.getParameterA();

StringparamB=config.getParameterB();System.out.println("paramA="+paramA+",paramB="+paramB);

}}

運(yùn)行結(jié)果如下：

paramA=a,paramB=b有何問(wèn)題

看看客戶端使用這個(gè)類的地方，是通過(guò)new一個(gè)AppConfig的實(shí)例來(lái)得到一個(gè)操作配置文件內(nèi)容的對(duì)象。如果在系統(tǒng)運(yùn)行中，有很多地方都需要使用配置文件的內(nèi)容，也就是說(shuō)很多地方都需要?jiǎng)?chuàng)建AppConfig對(duì)象的實(shí)例。換句話說(shuō)，在系統(tǒng)運(yùn)行期間，系統(tǒng)中會(huì)存在很多個(gè)AppConfig的實(shí)例對(duì)象，這有什么問(wèn)題嗎？

當(dāng)然有問(wèn)題了，試想一下，每一個(gè)AppConfig實(shí)例對(duì)象里面都封裝著配置文件的內(nèi)容，系統(tǒng)中有多個(gè)AppConfig實(shí)例對(duì)象，也就是說(shuō)系統(tǒng)中會(huì)同時(shí)存在多份配置文件的內(nèi)容，這樣會(huì)嚴(yán)重浪費(fèi)內(nèi)存資源。如果配置文件內(nèi)容較少，問(wèn)題還小一點(diǎn)，如果配置文件內(nèi)容本來(lái)就多的話，對(duì)于系統(tǒng)資源的浪費(fèi)問(wèn)題就大了。事實(shí)上，對(duì)于AppConfig這種類，在運(yùn)行期間，只需要一個(gè)實(shí)例對(duì)象就是夠了。把上面的描述進(jìn)一步抽象一下，問(wèn)題就出來(lái)了：在一個(gè)系統(tǒng)運(yùn)行期間，某個(gè)類只需要一個(gè)類實(shí)例就可以了，那么應(yīng)該怎樣實(shí)現(xiàn)呢？單例模式模式動(dòng)機(jī)對(duì)于系統(tǒng)中的某些類來(lái)說(shuō)，只有一個(gè)實(shí)例很重要，例如，一個(gè)系統(tǒng)中可以存在多個(gè)打印任務(wù)，但是只能有一個(gè)正在工作的任務(wù)；一個(gè)系統(tǒng)只能有一個(gè)窗口管理器或文件系統(tǒng)；一個(gè)系統(tǒng)只能有一個(gè)計(jì)時(shí)工具或ID（序號(hào)）生成器。單例模式模式動(dòng)機(jī)如何保證一個(gè)類只有一個(gè)實(shí)例并且這個(gè)實(shí)例易于被訪問(wèn)呢？定義一個(gè)全局變量可以確保對(duì)象隨時(shí)都可以被訪問(wèn)，但不能防止我們實(shí)例化多個(gè)對(duì)象。一個(gè)更好的解決辦法是讓類自身負(fù)責(zé)保存它的唯一實(shí)例。這個(gè)類可以保證沒有其他實(shí)例被創(chuàng)建，并且它可以提供一個(gè)訪問(wèn)該實(shí)例的方法。這就是單例模式的模式動(dòng)機(jī)。單例模式模式定義單例模式(SingletonPattern)：?jiǎn)卫Ｊ酱_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，它提供全局訪問(wèn)的方法。單例模式的要點(diǎn)有三個(gè)：一是某個(gè)類只能有一個(gè)實(shí)例；二是它必須自行創(chuàng)建這個(gè)實(shí)例；三是它必須自行向整個(gè)系統(tǒng)提供這個(gè)實(shí)例。單例模式是一種對(duì)象創(chuàng)建型模式。單例模式又名單件模式或單態(tài)模式。單例模式模式定義SingletonPattern:Ensureaclasshasonlyoneinstanceandprovideaglobalpointofaccesstoit.Frequencyofuse:mediumhigh

單例模式模式結(jié)構(gòu)單例模式模式結(jié)構(gòu)單例模式包含如下角色：Singleton：?jiǎn)卫龁卫Ｊ侥Ｊ椒治鰡卫Ｊ降哪康氖潜ＷC一個(gè)類僅有一個(gè)實(shí)例，并提供一個(gè)訪問(wèn)它的全局訪問(wèn)點(diǎn)。單例模式包含的角色只有一個(gè)，就是單例類——Singleton。單例類擁有一個(gè)私有構(gòu)造函數(shù)，確保用戶無(wú)法通過(guò)new關(guān)鍵字直接實(shí)例化它。除此之外，該模式中包含一個(gè)靜態(tài)私有成員變量與靜態(tài)公有的工廠方法，該工廠方法負(fù)責(zé)檢驗(yàn)實(shí)例的存在性并實(shí)例化自己，然后存儲(chǔ)在靜態(tài)成員變量中，以確保只有一個(gè)實(shí)例被創(chuàng)建。單例模式模式分析單例模式的實(shí)現(xiàn)代碼如下所示：?jiǎn)卫Ｊ侥Ｊ椒治鲈趩卫Ｊ降膶?shí)現(xiàn)過(guò)程中，需要注意如下三點(diǎn)：?jiǎn)卫惖臉?gòu)造函數(shù)為私有；提供一個(gè)自身的靜態(tài)私有成員變量；提供一個(gè)公有的靜態(tài)工廠方法。單例模式單例模式實(shí)例與解析實(shí)例一：身份證號(hào)碼在現(xiàn)實(shí)生活中，居民身份證號(hào)碼具有唯一性，同一個(gè)人不允許有多個(gè)身份證號(hào)碼，第一次申請(qǐng)身份證時(shí)將給居民分配一個(gè)身份證號(hào)碼，如果之后因?yàn)檫z失等原因補(bǔ)辦時(shí)，還是使用原來(lái)的身份證號(hào)碼，不會(huì)產(chǎn)生新的號(hào)碼。現(xiàn)使用單例模式模擬該場(chǎng)景。單例模式單例模式實(shí)例與解析實(shí)例一：身份證號(hào)碼單例模式單例模式實(shí)例與解析實(shí)例一：身份證號(hào)碼演示……單例模式單例模式實(shí)例與解析實(shí)例二：打印池在操作系統(tǒng)中，打印池(PrintSpooler)是一個(gè)用于管理打印任務(wù)的應(yīng)用程序，通過(guò)打印池用戶可以刪除、中止或者改變打印任務(wù)的優(yōu)先級(jí)，在一個(gè)系統(tǒng)中只允許運(yùn)行一個(gè)打印池對(duì)象，如果重復(fù)創(chuàng)建打印池則拋出異?！，F(xiàn)使用單例模式來(lái)模擬實(shí)現(xiàn)打印池的設(shè)計(jì)。單例模式單例模式實(shí)例與解析實(shí)例二：打印池單例模式單例模式實(shí)例與解析實(shí)例二：打印池演示……單例模式模式優(yōu)缺點(diǎn)單例模式的優(yōu)點(diǎn)提供了對(duì)唯一實(shí)例的受控訪問(wèn)。因?yàn)閱卫惙庋b了它的唯一實(shí)例，所以它可以嚴(yán)格控制客戶怎樣以及何時(shí)訪問(wèn)它，并為設(shè)計(jì)及開發(fā)團(tuán)隊(duì)提供了共享的概念。由于在系統(tǒng)內(nèi)存中只存在一個(gè)對(duì)象，因此可以節(jié)約系統(tǒng)資源，對(duì)于一些需要頻繁創(chuàng)建和銷毀的對(duì)象，單例模式無(wú)疑可以提高系統(tǒng)的性能。允許可變數(shù)目的實(shí)例。我們可以基于單例模式進(jìn)行擴(kuò)展，使用與單例控制相似的方法來(lái)獲得指定個(gè)數(shù)的對(duì)象實(shí)例。單例模式模式優(yōu)缺點(diǎn)單例模式的缺點(diǎn)由于單例模式中沒有抽象層，因此單例類的擴(kuò)展有很大的困難。單例類的職責(zé)過(guò)重，在一定程度上違背了“單一職責(zé)原則”。因?yàn)閱卫惣瘸洚?dāng)了工廠角色，提供了工廠方法，同時(shí)又充當(dāng)了產(chǎn)品角色，包含一些業(yè)務(wù)方法，將產(chǎn)品的創(chuàng)建和產(chǎn)品的本身的功能融合到一起。濫用單例將帶來(lái)一些負(fù)面問(wèn)題，如為了節(jié)省資源將數(shù)據(jù)庫(kù)連接池對(duì)象設(shè)計(jì)為單例類，可能會(huì)導(dǎo)致共享連接池對(duì)象的程序過(guò)多而出現(xiàn)連接池溢出；現(xiàn)在很多面向?qū)ο笳Z(yǔ)言(如Java、C#)的運(yùn)行環(huán)境都提供了自動(dòng)垃圾回收的技術(shù)，因此，如果實(shí)例化的對(duì)象長(zhǎng)時(shí)間不被利用，系統(tǒng)會(huì)認(rèn)為它是垃圾，會(huì)自動(dòng)銷毀并回收資源，下次利用時(shí)又將重新實(shí)例化，這將導(dǎo)致對(duì)象狀態(tài)的丟失。單例模式模式適用環(huán)境在以下情況下可以使用單例模式：系統(tǒng)只需要一個(gè)實(shí)例對(duì)象，如系統(tǒng)要求提供一個(gè)唯一的序列號(hào)生成器，或者需要考慮資源消耗太大而只允許創(chuàng)建一個(gè)對(duì)象。客戶調(diào)用類的單個(gè)實(shí)例只允許使用一個(gè)公共訪問(wèn)點(diǎn)，除了該公共訪問(wèn)點(diǎn)，不能通過(guò)其他途徑訪問(wèn)該實(shí)例。在一個(gè)系統(tǒng)中要求一個(gè)類只有一個(gè)實(shí)例時(shí)才應(yīng)當(dāng)使用單例模式。反過(guò)來(lái)，如果一個(gè)類可以有幾個(gè)實(shí)例共存，就需要對(duì)單例模式進(jìn)行改進(jìn)，使之成為多例模式。單例模式模式應(yīng)用(1)java.lang.Runtime類publicclassRuntime{privatestaticRuntimecurrentRuntime=newRuntime();publicstaticRuntimegetRuntime(){ returncurrentRuntime;}privateRuntime(){}......}單例模式模式應(yīng)用(2)一個(gè)具有自動(dòng)編號(hào)主鍵的表可以有多個(gè)用戶同時(shí)使用，但數(shù)據(jù)庫(kù)中只能有一個(gè)地方分配下一個(gè)主鍵編號(hào)，否則會(huì)出現(xiàn)主鍵重復(fù)，因此該主鍵編號(hào)生成器必須具備唯一性，可以通過(guò)單例模式來(lái)實(shí)現(xiàn)。單例模式模式應(yīng)用(3)默認(rèn)情況下，Spring會(huì)通過(guò)單例模式創(chuàng)建bean實(shí)例：

單例模式模式擴(kuò)展餓漢式單例類單例模式模式擴(kuò)展懶漢式單例類單例模式模式擴(kuò)展餓漢式單例與懶漢式單例類比較餓漢式單例類在自己被加載時(shí)就將自己實(shí)例化。單從資源利用效率角度來(lái)講，這個(gè)比懶漢式單例類稍差些。從速度和反應(yīng)時(shí)間角度來(lái)講，則比懶漢式單例類稍好些。懶漢式單例類在實(shí)例化時(shí)，必須處理好在多個(gè)線程同時(shí)首次引用此類時(shí)的訪問(wèn)限制問(wèn)題，特別是當(dāng)單例類作為資源控制器，在實(shí)例化時(shí)必然涉及資源初始化，而資源初始化很有可能耗費(fèi)大量時(shí)間，這意味著出現(xiàn)多線程同時(shí)首次引用此類的機(jī)率變得較大，需要通過(guò)同步化機(jī)制進(jìn)行控制。本章小結(jié)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，它提供全局訪問(wèn)的方法。單例模式的要點(diǎn)有三個(gè)：一是某個(gè)類只能有一個(gè)實(shí)例；二是它必須自行創(chuàng)建這個(gè)實(shí)例；三是它必須自行向整個(gè)系統(tǒng)提供這個(gè)實(shí)例。單例模式是一種對(duì)象創(chuàng)建型模式。單例模式只包含一個(gè)單例角色：在單例類的內(nèi)部實(shí)現(xiàn)只生成一個(gè)實(shí)例，同時(shí)它提供一個(gè)靜態(tài)的工廠方法，讓客戶可以使用它的唯一實(shí)例；為了防止在外部對(duì)其實(shí)例化，將其構(gòu)造函數(shù)設(shè)計(jì)為私有。本章