單例模式是需要掌握的最基本概念之一。它被歸類為一種創(chuàng)建設(shè)計(jì)模式和它用於控制物件的創(chuàng)建，確保在應(yīng)用程式的整個(gè)生命週期中僅存在特定類別的一個(gè)實(shí)例。

簡單地說，它確保一個(gè)類別只負(fù)責(zé)管理自身的一個(gè)版本，並提供對(duì)該單一實(shí)例的全域存取。

那麼何時(shí)/為什麼使用單例模式，這是最常見的問題之一？

在深入探討何時(shí)/為何使用單例模式之前，了解問題陳述很重要。每個(gè)設(shè)計(jì)模式都是為了應(yīng)對(duì)開發(fā)人員面臨的特定挑戰(zhàn)而創(chuàng)建的。

問題陳述：資料庫連線
我們希望在整個(gè)應(yīng)用程式中管理與資料庫的單一連接。建立多個(gè)連線可能會(huì)導(dǎo)致衝突和資源耗盡。

// first instance
DataConnection dataConnection1 = new DataConnection();

//Second instance
DataConnection dataConnection2 = new DataConnection();

在這種情況下，建立兩個(gè) DataConnection 實(shí)例可能會(huì)導(dǎo)致資源問題。每個(gè)實(shí)例都可以獨(dú)立執(zhí)行操作，如果它們嘗試同時(shí)存取相同的資料庫資源，則會(huì)導(dǎo)致衝突和不可預(yù)測的行為。
為了解決這個(gè)問題，我們需要單例模式。

我們什麼時(shí)候應(yīng)該使用單例模式？

單例模式確實(shí)很流行，尤其是在軟體設(shè)計(jì)中，因?yàn)樗且粋€(gè)強(qiáng)大的工具，但很容易被濫用。讓我們了解何時(shí)適合使用單例模式：

何時(shí)使用單例模式

1. 當(dāng)全域只需要一個(gè)類別的實(shí)例時(shí)
   
   如果我們需要一個(gè)在整個(gè)應(yīng)用程式中只有一個(gè)實(shí)例的類，那麼單例模式是最好的選擇？ 。這可確保應(yīng)用程式的所有部分都使用同一個(gè)實(shí)例，保持一致性並防止可能浪費(fèi)記憶體的重複實(shí)例。

2. 當(dāng)我們需要集中管理共享資源時(shí)
   
   當(dāng)存在共享資源時(shí)，單例是有益的，例如配置設(shè)定、快取或日誌記錄工具，這些是多個(gè)部分所需的該應(yīng)用程式。集中存取和管理簡化了資源處理，特別是對(duì)於需要全域存取和修改的類別。

3. 當(dāng)我們想要控制對(duì)資源的存取
   
   單例允許透過將單一資源封裝在類別中來控制對(duì)單一資源的存取。當(dāng)一次僅使用一個(gè)連線或資源時(shí)，這使得它們很有用，例如管理文件編寫器以確保同步存取或共用網(wǎng)路連線。

4. 在多執(zhí)行緒或平行應(yīng)用程式中
   
   在具有多個(gè)執(zhí)行緒的應(yīng)用程式中，單例可以確保關(guān)鍵部分或共享資源一次不會(huì)被多個(gè)執(zhí)行緒存取。正確實(shí)現(xiàn)的 Singleton 可以提供線程安全訪問，減少競爭條件的可能性，並確保僅同時(shí)訪問共享資源的一個(gè)實(shí)例。

現(xiàn)在，我們了解了問題以及何時(shí)使用，讓我們看看如何解決這個(gè)問題。

單例模式的UML圖

UML 圖通常包括以下組件：

1. Singleton 類別：這是限制實(shí)例化的類別。它通常有一個(gè)私有靜態(tài)實(shí)例變數(shù)來保存單一實(shí)例。
2. 建構(gòu)子：建構(gòu)子是私有的，以防止從類別外部直接實(shí)例化。
3. 公有靜態(tài)方法：此方法提供對(duì)實(shí)例的存取。如果實(shí)例不存在，則建立一個(gè)；否則，它會(huì)傳回現(xiàn)有實(shí)例。

這是單例模式的 UML 圖的簡單表示：

注意：

• -：私有存取修飾符（表示實(shí)例變數(shù)和建構(gòu)子在類別外部不可存?。?。
• ：公共存取修飾符（表示可以公開存取 getConnection() 方法）。

Java實(shí)作

這是用 Java 實(shí)作的單例模式的範(fàn)例：

// first instance
DataConnection dataConnection1 = new DataConnection();

//Second instance
DataConnection dataConnection2 = new DataConnection();

現(xiàn)在，如果我們想要取得資料庫連線的實(shí)例，我們可以這樣呼叫它的靜態(tài)方法：DataConnection dataConnection = DataConnection.getConnection();。

public class DataConnection {
      private static DataConnection instance = null;

      /*
       * This private keyword in constructor 
       * is to prevent direct instantiation from
       * outside the class.
       */
      private DataConnetion() { }

      /*
       * static method so that we can call 
       * this method outside the class without
       * instantiation object
       */
      public static DataConnection getConnection() {
            if (instance == null) {
                  instance = new DataConnection();
            }
            return instance;
      }

      public void showMessage() {
            System.out.println("Database is connected");
      }
}

結(jié)論

單例模式是一種基礎(chǔ)設(shè)計(jì)模式，可確保應(yīng)用程式中僅存在特定類別的一個(gè)實(shí)例，透過限制實(shí)例化過程並提供對(duì)單一實(shí)例的全域訪問，單例模式有助於有效管理共用資源，例如資料庫連接、配置設(shè)定和記錄器。這種模式在一致性和對(duì)資源的受控存取至關(guān)重要的場景中特別有用。

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