在Java中应用设计模式之Singleton

核心提示：基本概念ingleton 是一种创建性模型，它用来确保只产生一个实例，在Java中应用设计模式之Singleton，并提供一个访问它的全局访问点，对一些类来说，在Prototype模型的应用一文中我将会给出一个实现注册器的代码，用注册器机制来创建 Singleton模式的好处是易于治理，保证只有一个实例是很重要的，比如

　　基本概念
　　
　　ingleton 是一种创建性模型，它用来确保只产生一个实例，并提供一个访问它的全局访问点。对一些类来说，保证只有一个实例是很重要的，比如有的时候，数据库连接或 Socket 连接要受到一定的限制，必须保持同一时间只能有一个连接的存在。
　　
　　再举个例子，集合中的 set 中不能包含重复的元素，添加到set里的对象必须是唯一的，假如重复的值添加到 set，它只接受一个实例。JDK中正式运用了Singleton模式来实现 set 的这一特性，大家可以查看java.util.Collections里的内部静态类SingletonSet的原代码。其实Singleton是最简单但也是应用最广泛的模式之一，在 JDK 中随处可见。
　　
　　简单分析
　　
　　为了实现 Singleton 模式，我们需要的是一个静态的变量，能够在不创建对象的情况下记忆是否已经产生过实例了。静态变量或静态方法都可以在不产生具体实例的情况下直接调用，这样的变量或方法不会因为类的实例化而有所改变。
　　
　　在图1的结构中可以看到，uniqueInstance 就是这个独立的静态变量，它可以记忆对象是否已经实例化了，在静态方法 Instance 中对这个变量进行判定，若没有实例化过就产生一个新的对象，假如已经实例化了则不再产生新的对象，仍然返回以前产生的实例。
　　
　　图1: Singleton 模式结构
　　
　　具体实施
　　
　　实现 Singleton 模式的办法通常有三种。
　　
　　一、用静态方法实现 Singleton
　　
　　这种方法是使用静态方法来监视实例的创建。为了防止创建一个以上的实例，我们最好把构造器声明为 PRivate。
　　
　　这样可以防止客户程序员通过除由我们提供的方法之外的任意方式来创建一个实例，假如不把构造器声明为private，编译器就会自作聪明的自动同步一个默认的friendly构造器。这种实现方法是最常见的，也就是图1中结构的标准实现。
　　
　　
　　public class Singleton
　　{
　　private static Singleton s;
　　private Singleton()
　　{
　　};
　　/**
　　* Class method to access
　　the singleton instance of the class。
　　*/
　　public static Singleton getInstance()
　　{
　　if (s == null)
　　s = new Singleton();
　　return s;
　　}
　　}
　　// 测试类
　　class singletonTest
　　{
　　public static void main(String[] args)
　　{
　　Singleton s1 = Singleton.getInstance();
　　Singleton s2 = Singleton.getInstance();
　　if (s1==s2)
　　System.out.println
　　("s1 is the same instance with s2");
　　else
　　System.out.println
　　("s1 is not the same instance with s2");
　　}
　　}
　　
　　singletonTest运行结果是:
　　
　　s1 is the same instance with s2
　　
　　这证实我们只创建了一个实例.
　　
　　二、以静态变量为标志实现 Singleton
　　
　　在类中嵌入一个静态变量做为标志，每次都在进入构造器的时候进行检查。
　　
　　问题在于构造器没有返回类型，假如确定创建一个实例成功与否。一个方法是调用一个函数来检查创建是否成功，然后简单的返回一个来自静态变量的值，但是这样做是不优雅的，而且轻易发生错误。比较好的做法是创建一个当创建了一个以上的实例时可以抛出异常的类，这个类仅仅是调用父类方法，好处是用了自己命名的异常类型，错误信息更加清楚:
　　
　　class SingletonException extends RuntimeException
　　{
　　public SingletonException(String s)
　　{
　　super(s);
　　}
　　}
　　
　　class Singleton
　　{
　　static boolean instance_flag = false;
　　// true if 1 instance
　　public Singleton()
　　{
　　if (instance_flag)
　　throw new SingletonException
　　("Only one instance allowed");
　　else
　　instance_flag = true;
　　// set flag for 1 instance
　　}
　　}
　　
　　// 测试类
　　
　　public class singletonTest
　　{
　　static public void main(String argv[])
　　{
　　Singleton s1， s2;
　　// create one
　　incetance--this should always work
　　System。out.println
　　("Creating one instance");
　　try {
　　s1 = new Singleton();
　　} catch (SingletonException e)
　　{
　　System.out.println(e.getMessage());
　　}
　　// try to create another
　　spooler --should fail
　　System.out.println
　　("Creating two instance");
　　try {
　　s2 = new Singleton();
　　} catch (SingletonException e)
　　{
　　System.out.println(e.getMessage());
　　}
　　}
　　}
　　
　　singletonTest运行结果是:
　　
　　Creating one instance
　　Creating two instance
　　Only one instance allowed
　　
　　可以看出，第一个实例顺利创建，第二个实例创建实抛出了我们自定义的异常。
　　
　　三、用注册器机制来创建 Singleton
　　
　　首先用集合中的Hashtable 和Enumeration来实现addItem(Object key， Object value)，getItem(Object key)，removeItem(Object key)等方法实现一个治理器，将key和value一一关联起来，客户程序员创建实例前首先用addItem方法进行注册，再用getItem方法获取实例。
　　
　　Hashtable中的key是唯一的，从而保证创建的实例是唯一的，具体实现限于篇幅不再细说，在Prototype模型的应用一文中我将会给出一个实现注册器的代码。用注册器机制来创建 Singleton模式的好处是易于治理，可以同时控制多个不同类型的Singleton 实例。