Java - Singleton 類別

你好，未來的Java大師！今天，我們將深入Java編程中最引人入勝的概念之一：Singleton 類別。如果你是編程新手，別擔心；我會一步一步地引導你，就像這些年來我對無數學生所做的一樣。所以，拿起你喜歡的飲料，放鬆一下，讓我們一起踏上這個令人興奮的冒險旅程！

Java - Singleton Class

Singleton 類別是什麼？

想像你是一家非常獨特的俱樂部的經理。這家俱樂部如此獨特，以至於全世界只能有一個實例。這基本上就是Java中的Singleton類別——一個只允許創建自身的一個實例的類別。

為什麼使用Singleton？

你可能會想，"我們為什麼要限制自己只創建一個實例呢？" 事實上，有幾個原因：

全局訪問點：它提供了一個訪問特定實例的單一點，使得在應用程序中維護全局狀態變得容易。
延遲初始化：實例只在需要時創建，節省資源。
線程安全：當正確實現時，它可以線程安全，即使在多線程環境中也只允許一個實例。

現在，讓我們看看如何在Java中創建一個Singleton類別。

創建Singleton類別

有許多方法可以創建Singleton類別，但我們先從最簡單也是最常見的方法開始：急切初始化。

public class EagerSingleton {
// 私有靜態類別實例
private static final EagerSingleton instance = new EagerSingleton();

// 私有構造器以防止實例化
private EagerSingleton() {}

// 公共靜態方法以返回實例
public static EagerSingleton getInstance() {
return instance;
}
}

讓我們分解一下：

我們聲明一個私有的靜態最終變量 instance，它是類型的類別。這是將存在的唯一實例。
構造器是私有的，阻止其他類別創建新實例。
我們提供一個公共靜態方法 getInstance()，它返回單一實例。

要使用這個Singleton：

EagerSingleton singleton = EagerSingleton.getInstance();

簡單吧？但如果我們想要在需要時才創建實例呢？這就是延遲初始化的用處。

延遲初始化

public class LazySingleton {
private static LazySingleton instance;

private LazySingleton() {}

public static LazySingleton getInstance() {
if (instance == null) {
instance = new LazySingleton();
}
return instance;
}
}

在這個版本中，實例只在第一次調用 getInstance() 時創建。然而，這不是線程安全的。在多線程環境中，我們可能會創建多個實例。讓我們來修復這個問題！

線程安全的Singleton

public class ThreadSafeSingleton {
private static ThreadSafeSingleton instance;

private ThreadSafeSingleton() {}

public static synchronized ThreadSafeSingleton getInstance() {
if (instance == null) {
instance = new ThreadSafeSingleton();
}
return instance;
}
}

通過在 getInstance() 方法中添加 synchronized 關鍵字，我們確保只有一個線程可以一次執行這個方法。然而，同步是昂貴的，我們只需要在第一次創建實例時使用它。這時，雙重檢查鎖定模式就派上用場了！

雙重檢查鎖定

public class DoubleCheckedSingleton {
private static volatile DoubleCheckedSingleton instance;

private DoubleCheckedSingleton() {}

public static DoubleCheckedSingleton getInstance() {
if (instance == null) {
synchronized (DoubleCheckedSingleton.class) {
if (instance == null) {
instance = new DoubleCheckedSingleton();
}
}
}
return instance;
}
}

這種模式檢查兩次null：一次不鎖定，一次鎖定。volatile 關鍵字確保多個線程能夠正確地處理 instance 變量。

Bill Pugh Singleton 實現

現在，讓我與你分享我最喜歡的Singleton實現方式，這是以其創造者命名的：Bill Pugh：

public class BillPughSingleton {
private BillPughSingleton() {}

private static class SingletonHelper {
private static final BillPughSingleton INSTANCE = new BillPughSingleton();
}

public static BillPughSingleton getInstance() {
return SingletonHelper.INSTANCE;
}
}

這種方法使用一個靜態內部類別來保存實例。它在不使用同步的情況下線程安全，並在 getInstance() 首次被調用时惰性加載實例。

當使用Singleton

Singletons 非常適合：

管理共享資源（如數據庫連接）
協調系統範圍的操作
管理資源池（如線程池）

然而，請謹慎使用！過度使用Singletons會使你的代碼更難以測試和維護。

Singleton 方法

這裡是一個你可能會在Singleton類別中找到的常用方法表：

方法	描述
`getInstance()`	返回類別的單一實例
`readResolve()`	用於序列化以保留Singleton屬性
`clone()`	通常抛出 `CloneNotSupportedException` 以阻止克隆

結論

我們今天涵蓋了很多內容。從理解Singleton是什麼，到實現各種類型的Singleton，你現在已經為了在Java項目中使用這個強大的設計模式做好了準備。

記住，就像我們開始時談論的那家獨特俱樂部一樣，Singleton應該謹慎使用。它是一個強大的工具，但隨著权力的增強，責任也越大！

在你繼續你的Java之旅時，你會遇到更多引人入勝的概念。持續編程，持續學習，最重要的是，享受樂趣！也許有一天，你會成為教導下一代程序员關於Singleton及其他概念的導師。

直到下次見，快樂編程！

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