Singleton Pattern 獨體模式 [Design Pattern in Java]

每次引用類別都只會產出相同的物件

適合用在: 執行緒池(thread pool)，快取區(cache)，對話盒、處理對話設定和登錄的物件，和驅動程式溝通的物件。

作法

假如有一個類別叫做MyClass，現在要讓MyClass變成獨體模式，讓外面的類別只能透過 MyClass.getInstance() 取得MyClass物件。

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public class MyClass {
    // 設定成private與static，不能給外面類別存取
    private static MyClass uniqueInstance;
    
    // 將建構式設定成 private，這樣就可以避免直接被類別 new出來
    private MyClass() {}
    
    // 設置成static，使外面類別可以直接存取MyClass.getInstance方法
    public static MyClass getInstance() {
        // 若第一次取得MyClass， new 出MyClass();
        if(uniqueInstance == null) {
            uniqueInstance = new MyClass();
        }
        return uniqueInstance;
    }
}

其他類別要取用MyClass

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public static void main(String args[]) {
    // 1. 第一次取用getInstance
    Myclass instance = MyClass.getInstance();
    // 2. 第二次取用getInstance時，MyClass的uniqueInstance已經有值了，得到與上面instance一樣的object
    Myclass instance1 = MyClass.getInstance();
    
    if(instance == instance1) {
        System.out.println("instance and instance1 are the same");
    }
}

多執行緒下獨體模式會遇到的狀況

假如有兩個thread(thread 1和thread 2)，同時要跟MyClass取得物件，但會面臨thread1和thread2會取得不同的MyClass物件，情況如下：

解法一：只要把getInstance()給同步化 (會有效能不佳的狀況，可能造成效率下降100倍)

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public class MyClass {
    private static MyClass uniqueInstance;
    
    private MyClass() {}
    
    // 設定成synchronized，就可以讓執行緒依序進入getInstance內
    public static synchronized MyClass getInstance() {
        if(uniqueInstance == null) {
            uniqueInstance = new MyClass();
        }
        return uniqueInstance;
    }
}

但我們只需要第一次進入getInstance才進行同步化就好，不然其他次要取得uniqueInstnace都得變成同步的方式，造成取用Instance的緩慢

解法二：率先建立實體，不要等到有人呼叫getInstance才new出MyClass實體

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public class MyClass {
    // 直接初始話MyClass()，並設成private
    private static MyClass uniqueInstnace = new MyClass();
    
    private MyClass() {}
    
    public static MyClass getInstance() {
        return uniqueInstance;
    }
    
}

此作法依賴JVM載入此類別時，馬上建立此唯一的獨體物件，JVM保證在任何執行緒存取uniqueInstnace靜態變數之前，一定先建立此實體

解法三：利用 “雙重檢查上鎖” 在getInstance()中減少使用同步化

利用雙重檢查上鎖，首先檢查是否實體已經建立了，
若沒有，“才”進行同步化，如此一來只有第一次進入getInstance才同步化，才是我們所想要的。

public class MyClass {
    // volatile為Java 6之後才有的關鍵字，能夠使執行緒們取得相同的uniqueInstance
    private volatile static MyClass uniqueInstance;
    
    private MyClass() {}
    
    public static MyClass getInstance() {
        // 只有第一次才徹底執行以下程式碼 
        // 當執行緒遇到被宣告成volatile的uniqueInstnace，會變得謹慎
        if(uniqueInstance == null) {
            synchronized(MyClass.class) {
                // 再檢查一次，若為null則new MyClass();
                if(uniqueInstance == null) {
                    uniqueInstance = new MyClass();
                }
            }
        }
        return uniqueInstance;
    }

}

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