Head First 設計模式 —— 05. 單例模式
- 2021 年 1 月 8 日
- 筆記
- Head First 設計模式, 設計模式
全局變數的缺點
如果將對象賦值給一個全局變數，那麼必須在程式一開始就創建好對象 P170
- 和 JVM 實現有關，有些 JVM 的實現是：在用到的時候才創建對象
思考題
Choc-O-Holic 公司使用如下工業強度巧克力鍋爐控制器
public class ChocolateBoiler {
private boolean empty;
private boolean boiled;
public ChocolateBoiler() {
empty = true;
boiled = false;
}
public void fill() {
if (isEmpty()) {
empty = false;
boiled = false;
// 在鍋爐內填滿巧克力和牛奶的混合物
}
}
public void drain() {
if (!isEmpty() && isBoiled()) {
// 排出煮沸的巧克力和牛奶
empty = true;
}
}
public void boil() {
if (!isEmpty() && ! isBoiled()) {
// 將爐內物煮沸
boiled = true;
}
}
public boolean isEmpty() {
return empty;
}
public boolnea isBoiled() {
return boiled;
}
}
思考題
Choc-O-Holic 公司在有意識地防止不好的事情發生，你不這麼認為嗎？你可能會擔心，如果同時存在兩個 ChocolateBoiler（巧克力鍋爐）實例，可能將會發生很糟糕的事情。
萬一同時有多於一個的 ChocolateBoiler（巧克力鍋爐）實例存在，可能發生哪些很糟糕的事呢？ P176
- 由於只有一個物理世界的鍋爐，所以如果存在多個實例時，不同實例內的變數可能與物理世界的鍋爐情況不對應，造從而成錯誤的操作。
- 多執行緒初始化了兩個實例 a 和 b，a 先成功進行
fill()操作，此時 b 也準備進行fill()操作，但由於 b 內的變數沒有與物理世界的鍋爐情況對應，所以 b 也可以進行fill()操作，導致了原料溢出。
- 多執行緒初始化了兩個實例 a 和 b，a 先成功進行
剛開始怎麼也想不到會出現什麼問題，看了後面單例模式多執行緒的問題後，仔細思考了一下，只能想到上述可能性。當然，書中忽略了只有一個實例時也存在多執行緒並發錯誤的問題（一定程度導致難以想到上述可能性）。
單例模式
確保一個類只有一個實例，並提供一個全局訪問點。 P177
- Java 1.2 之前，垃圾收集器有個 bug，單例沒有全局的引用時會被當作垃圾清楚。Java 1.2 及以後不存在上述問題。
P184
思考題
所有變數和方法都定義為靜態的，直接把類當作一個單例，這樣如何？ P184
- 靜態初始化的控制權在 Java 手上，這樣做可能導致混亂，特別是當有許多類牽涉其中時。
思考題
多個類載入器有機會創建各自的單例實例，如何避免？ P184
- 自行指定類載入器，並指定同一個類載入器。
單例模式的七種方法
推薦使用靜態內部類和枚舉方式
餓漢式 P181
public class Singleton {
private final static Singleton INSTANCE = new Singleton();
private Singleton() {}
public static Singleton getInstance() {
return INSTANCE;
}
}
- 特點
- 執行緒安全
- 依賴 JVM 類載入機制：JVM 在載入這個類時會馬上創建唯一的單例實例
P181
- 缺點
- 與全局變數一樣：必須在程式一開始就實例化，沒有懶載入
P170
- 與全局變數一樣：必須在程式一開始就實例化，沒有懶載入
餓漢式（變種）
public class Singleton {
private static Singleton INSTANCE;
static {
INSTANCE = new Singleton();
}
private Singleton() {}
public static Singleton getInstance() {
return INSTANCE;
}
}
【擴展】 靜態程式碼塊初始化靜態變數最好放在定義變數之後，否則會在執行定義變數可能出現被覆蓋的問題（如果定義有賦值（包括 null），則會覆蓋靜態程式碼塊已賦的值）。
原因：靜態域的初始化和靜態程式碼塊的執行會從上到下依次執行。
如下寫法最終會得到 null
public class Singleton {
static {
INSTANCE = new Singleton();
}
private static Singleton INSTANCE = null;
private Singleton() {}
public static Singleton getInstance() {
return INSTANCE;
}
}
懶漢式 P176
public class Singleton {
private static Singleton INSTANCE = null;
private Singleton() {}
public static Singleton getInstance() {
if (INSTANCE == null) {
INSTANCE = new Singleton();
}
return INSTANCE;
}
}
- 特點
- 使用時再實例化
- 缺點
- 執行緒不安全
懶漢式（變種） P180
public class Singleton {
private static Singleton INSTANCE = null;
private Singleton() {}
public static synchronized Singleton getInstance() {
if (INSTANCE == null) {
INSTANCE = new Singleton();
}
return INSTANCE;
}
}
- 特點
- 執行緒安全
- 使用時再實例化
- 缺點
- 效率低
雙重校驗鎖 P182
public class Singleton {
private volatile static Singleton INSTANCE = null;
private Singleton() {}
public static Singleton getInstance() {
if (INSTANCE == null) {
synchronized (Singleton.class) {
if (INSTANCE == null) {
INSTANCE = new Singleton();
}
}
}
return INSTANCE;
}
}
- 特點
- 執行緒安全
- 使用時再實例化
- 效率較高
volatile關鍵字確保：當INSTANCE變數杯初始化成Singleton實例時，多個執行緒能正確地處理INSTANCE變數P182- 1.4及更早版本會失效，1.5及以後版本適用
P182
靜態內部類
public class Singleton {
private static class SingletonHolder {
private final static Singleton INSTANCE = new Singleton();
}
private Singleton() {}
public static Singleton getInstance() {
return SingletonHolder.INSTANCE;
}
}
- 特點
- 執行緒安全
- 使用時再實例化
- 依賴 JVM 類載入機制：開始只有
Singleton被載入了，只有在主動使用SingletonHolder時（即調用getInstance()時），才會載入SingletonHolder類，從而實例化INSTANCE
枚舉
public enum Singleton {
INSTANCE
}
- 特點
- 執行緒安全
- 克隆、反射和反序列化均不會破壞單例（上述六種方式都會被破壞）
- 程式碼簡單
- 1.5及以後版本才有枚舉
- 初始化就會實例化（反編譯後可以發現寫法類似餓漢式（變種））
本文首發於公眾號：滿賦諸機（點擊查看原文） 開源在 GitHub ：reading-notes/head-first-design-patterns
