獨體模式 (Singleton Pattern)

        單看名稱就很好理解的設計模式，就是只能有一個且是唯一實體的物件。有些時候最好讓物件只能有一個以避免程式出錯，例如負責處理使用者登入的物件，假如不是獨體模式的話，登入物件就可能有多個，使用者就可能同時登入很多次。

        設計此模式的想法也很簡單，不要讓別人能用 new 來建立物件就好，也就是建構子不能宣告為 public。因為其他人不能使用 private 建構子，只能在類別內使用…說那麼多，直接看程式碼比較快：

public class Singleton {

    // 利用一個靜態變數記綠 Singleton 的實體
    private static Singleton sInstance;

    // 可以宣告其他需要的成員變數

    // 建構式宣告為 private, 這樣只有在
    // Singleton 類別內才能使用
    private Singleton(){}

    // 公開的靜態方法, 其他人要取得物件只能使用此方法
    public static Singleton getInstance()
    {
        // 不為 null, 表示之前曾建立過, 不用再 new 一次
        if(sInstance == null)
        {
            // 需要時才建立物件, 稱為 lazy instantiaze
            sInstance = new Singleton();
        }

        return sInstance;
    }
}

        以上就是最基本的獨體模式，接下來來看一下正式定義及類別圖：

獨體模式確保一個類別只有一個實體，並給它一個存取的全域點(global point)
Ensure a class has only one instance and provide a global point of access to it.

        定義及實作上看起來雖然簡單，但在實務上可能會遇到問題。以上面的程式碼來看，是否真的只會有一個且唯一的物件呢 ? 以多執行緒的角度來看就可以知道，是有可能產生多個物件的，解決方法也不難，在 getInstance() 加上 synchronized 就可以了：

public static synchronized Singleton getInstance()
{
    if(sInstance == null)
    {
        sInstance = new Singleton();
    }

    return sInstance;
}

        這樣做看起來不錯，但是要考慮效能問題。因為只有第一次要 new 物件時才需要同步，這樣寫的話，每次要取得物件都要同步。因此可以改成以下方法：

public class Singleton {

    // 在靜態初始化方法(static initializer)中建立物件
    // 保證 thread safe
    private static Singleton sInstance = new Singleton();

    private Singleton(){}

    // 已經有實體了, 可以直接回傳
    public static Singleton getInstance()
    {
        return sInstance;
    }
}

        上面程式碼是例用 JVM 在載入此類別時，就馬上建立唯一的獨體物件。JVM 保證在任何執行緒存取 sInstance 之前會先建立物件。但假如在建立物件時需要比較大的 loading 時，此方法也不適用，因此還可以改為使用「雙重檢查上鎖」(double-checked locking) 的方式：

public class Singleton {

    // 利用 volatile, 可以保證此變數的值是一致的
    private volatile static Singleton sInstance;

    private Singleton(){}

    public static Singleton getInstance()
    {
        // 只有第一次建立物件才會完整執行此段程式
        if(sInstance == null)
        {
            synchronized (Singleton.class)
            {
                // 進入同步區後再檢查一次,
                // 還是 null 才建立實體
                if(sInstance == null)
                {
                    sInstance = new Singleton();
                }
            }
        }
        return sInstance;
    }
}

        雙重檢查上鎖只有要注意需要在 jdk 1.5 版以上才能用，1.4 以前的版本，對於 volatile 的實作會讓此方法失效

參考資料:

        深入淺出設計模式(Head First Design Patterns)