全域性變數的缺點

如果將物件賦值給一個全域性變數，那麼必須在程式一開始就建立好物件 P170

• 和 JVM 實現有關，有些 JVM 的實現是：在用到的時候才建立物件

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）例項，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）例項存在，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，所以如果存在多個例項時，不同例項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例項 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，導致了原料溢位。
• 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例項時也存在多執行緒併發錯誤的問題（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例項，並提供一個全域性訪問點。 P177

• Java 1.2 之前，垃圾收集器有個 bug，單例沒有全域性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建立各自的單例例項，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列舉方式

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建立唯一的單例例項 P181
• 缺點
  • 與全域性變數一樣：必須在程式一開始就例項化，沒有懶載入 P170

餓漢式（變種）

public class Singleton {
    private static Singleton INSTANCE;
    
    static {
        INSTANCE = new Singleton();
    }
    
    private Singleton() {}
    
    public static Singleton getInstance() {
        return INSTANCE;
    }
}

【擴充套件】 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
  • 使用時再例項化
• 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
  • 使用時再例項化
• 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
  • 使用時再例項化
  • 效率較高
  • volatile 關鍵字確保：當 INSTANCE 變量杯初始化成 Singleton 例項時，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
  • 使用時再例項化
  • 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（即呼叫 getInstance() 時），才會載入 SingletonHolder 類，從而例項化 INSTANCE

列舉

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及以後版本才有列舉
  • 初始化就會例項化（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（點選檢視原文） 開源在 GitHub ：reading-notes/head-first-design-patterns