设计模式之单例模式

定义

单例模式（Singleton），允许存在一个和仅存在一个给定类的实例，它提供一种机制让任何实体都可以访问该实例。

UML 图

代码实现

public class Singleton {
    private static Singleton _instance;
    private Singleton() {};

    public static Singleton getInstance() {
        if (null == _instance) {
            _instance = new Singleton();
        }
        return _instance;
    }
}

• 1. 一个单例类只能有一个实例
• 2. 单例类必须自行创建这个实例
• 3. 单例类必须保证全局其他对象都能唯一访问到它

应对的变化

1. 对象实例数量受到限制的事实
2. 对象实例的构造与销毁
3. 需要保证对象实例成为“线程安全”的某种机制

对象职责

1. 保证一个类只有一个实例
2. 为该实例提供一个全局访问节点 单例模式类似于全局变量或全局函数的角色，可以使用它来代替全局变量

常见场景和解决方案

ThreadLocal 会为每一个线程提供一个独立的对象副本，从而解决了多个线程对数据的访问冲突问题。

为什么使用

系统的某些资源有限

• 1. 控制某些共享资源（例如，数据库或文件）的访问权限
• 2. 同时读取同一个超大的 AI 模型文件，或使用外部进程式服务 需要表示为全局唯一的对象
• 3. 系统要求提供一个唯一的序列号生成器

优势

• 1. 对有限资源的合理利用，保护有限的资源，防止资源重复竞抢
• 2. 更高内聚的代码组件，能提升代码复用性
• 3. 具备全局唯一访问的权限控制，方便按照统一规则管控权限
• 4. 从负载均衡角度考虑，可以轻松将 Singleton 扩展成两个，三个或更多个实例，由于封装了技术问题，所以在适当的时候可以自由更改实例的数量

劣势

• 1. 作为全局变量使用时，引用的对象越多，代码修改影响的范围也越大
• 2. 作为全局变量时，在全局变量中使用状态变量时，会造成加/解锁的性能损耗
• 3. 即便能扩展多实例，但耦合性依然很高，因为隐蔽了不同对象之间的调用关系
• 4. 不支持有参数的构造函数