关于设计模式:03创建型单例设计不友好

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目录介绍

01. 前沿简略介绍
02. 单例对 OOP 不敌对
03. 暗藏类之间依赖
04. 代码扩展性不敌对
05. 可测试性不敌对
06. 不反对有参构造函数
07. 有何代替解决方案

只管单例是一个很罕用的设计模式，在理论的开发中，咱们也的确常常用到它，然而，有些人认为单例是一种反模式（anti-pattern），并不举荐应用。
所以，就针对这个说法具体地讲讲这几个问题：单例这种设计模式存在哪些问题？为什么会被称为反模式？如果不必单例，该如何示意全局惟一类？有何代替的解决方案？

OOP 的四大个性是封装、形象、继承、多态。单例这种设计模式对于其中的形象、继承、多态都反对得不好。为什么这么说呢？咱们还是通过 IdGenerator 这个例子来解说。

public class Order {public void create(...) {
    //...
    long id = IdGenerator.getInstance().getId();
    //...
  }
}

public class User {public void create(...) {
    // ...
    long id = IdGenerator.getInstance().getId();
    //...
  }
}

IdGenerator 的应用形式违反了基于接口而非实现的设计准则，也就违反了狭义上了解的 OOP 的形象个性。如果将来某一天，咱们心愿针对不同的业务采纳不同的 ID 生成算法。比方，订单 ID 和用户 ID 采纳不同的 ID 生成器来生成。为了应答这个需要变动，咱们须要批改所有用到 IdGenerator 类的中央，这样代码的改变就会比拟大。

public class Order {public void create(...) {
    //...
    long id = IdGenerator.getInstance().getId();
    // 须要将下面一行代码，替换为上面一行代码
    long id = OrderIdGenerator.getIntance().getId();
    //...
  }
}

public class User {public void create(...) {
    // ...
    long id = IdGenerator.getInstance().getId();
    // 须要将下面一行代码，替换为上面一行代码
    long id = UserIdGenerator.getIntance().getId();
  }
}

除此之外，单例对继承、多态个性的反对也不敌对。这里之所以会用“不敌对”这个词，而非“齐全不反对”，是因为从实践上来讲，单例类也能够被继承、也能够实现多态，只是实现起来会十分奇怪，会导致代码的可读性变差。不明确设计用意的人，看到这样的设计，会感觉莫名其妙。所以，一旦你抉择将某个类设计成到单例类，也就意味着放弃了继承和多态这两个强有力的面向对象个性，也就相当于损失了能够应答将来需要变动的扩展性。

代码的可读性十分重要。在浏览代码的时候，咱们心愿一眼就能看出类与类之间的依赖关系，搞清楚这个类依赖了哪些外部类。通过构造函数、参数传递等形式申明的类之间的依赖关系，咱们通过查看函数的定义，就能很容易辨认进去。然而，单例类不须要显示创立、不须要依赖参数传递，在函数中间接调用就能够了。如果代码比较复杂，这种调用关系就会十分荫蔽。在浏览代码的时候，咱们就须要认真查看每个函数的代码实现，能力晓得这个类到底依赖了哪些单例类。

单例类只能有一个对象实例。如果将来某一天，咱们须要在代码中创立两个实例或多个实例，那就要对代码有比拟大的改变。你可能会说，会有这样的需要吗？既然单例类大部分状况下都用来示意全局类，怎么会须要两个或者多个实例呢？
实际上，这样的需要并不少见。咱们拿数据库连接池来举例解释一下。
在零碎设计初期，咱们感觉零碎中只应该有一个数据库连接池，这样能不便咱们管制对数据库连贯资源的耗费。所以，咱们把数据库连接池类设计成了单例类。但之后咱们发现，零碎中有些 SQL 语句运行得十分慢。这些 SQL 语句在执行的时候，长时间占用数据库连贯资源，导致其余 SQL 申请无奈响应。为了解决这个问题，咱们心愿将慢 SQL 与其余 SQL 隔离开来执行。为了实现这样的目标，咱们能够在零碎中创立两个数据库连接池，慢 SQL 独享一个数据库连接池，其余 SQL 独享另外一个数据库连接池，这样就能防止慢 SQL 影响到其余 SQL 的执行。
如果咱们将数据库连接池设计成单例类，显然就无奈适应这样的需要变更，也就是说，单例类在某些状况下会影响代码的扩展性、灵活性。所以，数据库连接池、线程池这类的资源池，最好还是不要设计成单例类。实际上，一些开源的数据库连接池、线程池也的确没有设计成单例类。

单例模式的应用会影响到代码的可测试性。如果单例类依赖比拟重的内部资源，比方 DB，咱们在写单元测试的时候，心愿能通过 mock 的形式将它替换掉。而单例类这种硬编码式的应用形式，导致无奈实现 mock 替换。
除此之外，如果单例类持有成员变量（比方 IdGenerator 中的 id 成员变量），那它实际上相当于一种全局变量，被所有的代码共享。如果这个全局变量是一个可变全局变量，也就是说，它的成员变量是能够被批改的，那咱们在编写单元测试的时候，还须要留神不同测试用例之间，批改了单例类中的同一个成员变量的值，从而导致测试后果相互影响的问题。

单例不反对有参数的构造函数，比方咱们创立一个连接池的单例对象，咱们没法通过参数来指定连接池的大小。针对这个问题，咱们来看下都有哪些解决方案。

第一种解决思路是：创立完实例之后，再调用 init() 函数传递参数。须要留神的是，咱们在应用这个单例类的时候，要先调用 init() 办法，而后能力调用 getInstance() 办法，否则代码会抛出异样。具体的代码实现如下所示：

public class Singleton {
  private static Singleton instance = null;
  private final int paramA;
  private final int paramB;

  private Singleton(int paramA, int paramB) {
    this.paramA = paramA;
    this.paramB = paramB;
  }

  public static Singleton getInstance() {if (instance == null) {throw new RuntimeException("Run init() first.");
    }
    return instance;
  }

  public synchronized static Singleton init(int paramA, int paramB) {if (instance != null){throw new RuntimeException("Singleton has been created!");
    }
    instance = new Singleton(paramA, paramB);
    return instance;
  }
}

Singleton.init(10, 50); // 先 init，再应用
Singleton singleton = Singleton.getInstance();

第二种解决思路是：将参数放到 getIntance() 办法中。具体的代码实现如下所示：

public class Singleton {
  private static Singleton instance = null;
  private final int paramA;
  private final int paramB;

  private Singleton(int paramA, int paramB) {
    this.paramA = paramA;
    this.paramB = paramB;
  }

  public synchronized static Singleton getInstance(int paramA, int paramB) {if (instance == null) {instance = new Singleton(paramA, paramB);
    }
    return instance;
  }
}

Singleton singleton = Singleton.getInstance(10, 50);

不晓得你有没有发现，下面的代码实现略微有点问题。如果咱们如下两次执行 getInstance() 办法，那获取到的 singleton1 和 signleton2 的 paramA 和 paramB 都是 10 和 50。也就是说，第二次的参数（20，30）没有起作用，而构建的过程也没有给与提醒，这样就会误导用户。这个问题如何解决呢？
```
Singleton singleton1 = Singleton.getInstance(10, 50);
Singleton singleton2 = Singleton.getInstance(20, 30);
```

第三种解决思路是：将参数放到另外一个全局变量中。具体的代码实现如下。Config 是一个存储了 paramA 和 paramB 值的全局变量。外面的值既能够像上面的代码那样通过动态常量来定义，也能够从配置文件中加载失去。实际上，这种形式是最值得举荐的。

public class Config {
  public static final int PARAM_A = 123;
  public static fianl int PARAM_B = 245;
}

public class Singleton {
  private static Singleton instance = null;
  private final int paramA;
  private final int paramB;

  private Singleton() {
    this.paramA = Config.PARAM_A;
    this.paramB = Config.PARAM_B;
  }

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

提到了单例的很多问题，你可能会说，即使单例有这么多问题，但我不必不行啊。业务上有示意全局惟一类的需要，如果不必单例，怎么能力保障这个类的对象全局惟一呢？
为了保障全局惟一，除了应用单例，咱们还能够用静态方法来实现。这也是我的项目开发中常常用到的一种实现思路。比方，上一节课中讲的 ID 惟一递增生成器的例子，用静态方法实现一下，就是上面这个样子：
```
// 静态方法实现形式
public class IdGenerator {private static AtomicLong id = new AtomicLong(0);
  
  public static long getId() {return id.incrementAndGet();
  }
}
// 应用举例
long id = IdGenerator.getId();
```

不过，静态方法这种实现思路，并不能解决咱们之前提到的问题。实际上，它比单例更加不灵便，比方，它无奈反对提早加载。咱们再来看看有没有其余方法。实际上，单例除了咱们之前讲到的应用办法之外，还有另外一个种应用办法。具体的代码如下所示：

// 1. 老的应用形式
public demofunction() {
  //...
  long id = IdGenerator.getInstance().getId();
  //...
}

// 2. 新的应用形式：依赖注入
public demofunction(IdGenerator idGenerator) {long id = idGenerator.getId();
}
// 内部调用 demofunction() 的时候，传入 idGenerator
IdGenerator idGenerator = IdGenerator.getInsance();
demofunction(idGenerator);

基于新的应用形式，咱们将单例生成的对象，作为参数传递给函数（也能够通过构造函数传递给类的成员变量），能够解决单例暗藏类之间依赖关系的问题。不过，对于单例存在的其余问题，比方对 OOP 个性、扩展性、可测性不敌对等问题，还是无奈解决。

GitHub：https://github.com/yangchong211
博客：https://juejin.cn/user/197877…
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正文完

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2022-09-09

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