【Design Pattern】5：Singleton Pattern 單例模式、獨體模式 (創造)

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Introduction 簡介

1. 一個class，只有一個實體
2. 一個global point
   
3. lazy instantiaze

Comparison 比較

寫法1：未考慮多執行緒

// 多執行緒會出錯
public class Singleton1 {
 private static Singleton1 uniqueInstance;

 private Singleton1() {}
    
 public static Singleton1 getInstance() {
  if (uniqueInstance == null) {
   uniqueInstance = new Singleton1();
  }
  return uniqueInstance;
 }
}

寫法2：多執行緒

• 將 getInstance() 同步化 synchronized
• 同步化影響效能
• 實際上只有第一次執行 getInstance() 才需要同步化

// synchronized，但位置錯誤會嚴重影響效能
public class Singleton2 {
 private static Singleton2 uniqueInstance;

 private Singleton2() {}
    
 public static synchronized Singleton2 getInstance() {
  if (uniqueInstance == null) {
   uniqueInstance = new Singleton2();
  }
  return uniqueInstance;
 }
}

寫法3：先 new 實體

// 先 new 實體，有點影響初始化效能
public class Singleton3 {
 private static Singleton3 uniqueInstance = new Singleton3();

 // 宣告成private，只有Singleton能呼叫建構子
 private Singleton3() {}
    
 public static Singleton3 getInstance() {
  return uniqueInstance;
 }
}

寫法4：Double-Checked Locking

• synchronized 換位置
• volatile + synchronized

// Double-Checked Locking
// 效能佳
public class Singleton4 {
 private volatile static Singleton4 uniqueInstance;

 private Singleton4() {}
    
 public static synchronized Singleton4 getInstance() {
  if (uniqueInstance == null) {
   synchronized (Singleton4.class) {
    uniqueInstance = new Singleton4();
   }   
  }
  return uniqueInstance;
 }
}

寫法5：initialization-on-demand holder

• 把instance的初始化投入到一個inner class的初始過程中

// initialization-on-demand holder
// 內部類別不會影響初始化效能
public class Singleton5 {
 private Singleton5() {}
 
 private static class LazyHolder{
  static final Singleton5 INSTANCE = new Singleton5();
 }
 
 public static Singleton5 getInstance() {
  return LazyHolder.INSTANCE;
 }
}

使用時機

• 需要控制實體個數
• 通常適合使用Singleton Pattern的機會不多
• The abstract factory 抽象工廠, builder, and prototype patterns can use singletons in their implementation.
• Facade objects 表象物件 are often singletons because only one facade object is required.

全域變數 vs Singleton

• 率先實體化 比 拖延實體化 更浪費資源
• 全域變數無法保證只有一個實體
• 濫用全域變數，會造成 namespace 汙染
• Singleton其實也是一種全域變數

Disadvantage 缺點

• 系統與Singleton產生隱含的耦合關係
• 系統變得不易理解
• 增加測試的難度

Extensive Reading 延伸閱讀

• Registry of Singleton：https://openhome.cc/Gossip/DesignPattern/RegistryOfSingleton.htm

Reference 參考資料

1. 圖片：https://codepumpkin.com/preventing-cloning-in-singleton-design-pattern/
2. wiki：https://en.wikipedia.org/wiki/Singleton_pattern
3. 搞笑談軟工：http://teddy-chen-tw.blogspot.com/2013/08/singleton-pattern.html
4. wiki：https://en.wikipedia.org/wiki/Initialization-on-demand_holder_idiom

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