设计模式之单例模式（2）

1 单例设计模式

概念

单例模式(Singleton Pattern)：确保某一个类只有一个实例，而且自行实例化并向整个系统提供这个实例，这个类称为单例类，它提供全局访问的方法。单例模式是一种对象创建型模式。单例模式有三个要点：一是某个类只能有一个实例；二是它必须自行创建这个实例；三是它必须自行向整个系统提供这个实例。

使用场景

• 需要频繁的进行创建和销毁的对象、创建对象时耗时过多或耗费资源过多(即：重量级对象)，但又经常用到的对象、工具类对象、频繁访数据库或文件的对象(比如数据源、session工厂等)。
• 系统只需要一个实例对象，如系统要求提供一个唯一的序列号生成器或资源管理器，或者需要考虑资源消耗太大而只允许创建一个对象。
• 客户调用类的单个实例只允许使用一个公共访问点，除了该公共访问点，不能通过其他途径访问该实例。

注意事项

• 单例模式保证了 系统内存中该类只存在一个对象，节省了系统资源，对于一些需
  要频繁创建销毁的对象，使用单例模式可以提高系统性能
• 当想实例化一个单例类的时候，必须要记住使用相应的获取对象的方法，而不是使
  用new。

2 单例设计模式八种方式

• 饿汉式(静态常量)
• 饿汉式（静态代码块）
• 懒汉式(线程不安全)
• 懒汉式(线程安全，同步方法)
• 懒汉式(线程安全，同步代码块)
• 双重检查
• 静态内部类
• 枚举

2.1 饿汉式(静态常量)

简介

• 优点：这种写法比较简单，就是在类装载的时候就完成实例化。避免了线程同步问题。
• 缺点：在类装载的时候就完成实例化，没有达到Lazy Loading的效果。如果从始至终从未使用过这个实例，则会造成内存的浪费
• 这种方式基于classloder机制避免了多线程的同步问题，不过，instance在类装载时就实例化，在单例模式中大多数都是调用getInstance方法， 但是导致类装载的原因有很多种，因此不能确定有其他的方式（或者其他的静态方法）导致类装载，这时候初始化instance就没有达到lazy loading的效果
• 结论：这种单例模式可用，可能造成内存浪费

代码实例

class Singleton {
	//1. 构造器私有化, 外部能new
	private Singleton() {
	}
	//2.本类内部创建对象实例
	private final static Singleton instance = new Singleton();
	//3. 提供一个公有的静态方法，返回实例对象
	public static Singleton getInstance() {
		return instance;
	}
}

2.2 饿汉式（静态代码块）

简介

• 和饿汉式（静态常量）类似，只不过将类实例化的过程放在了静态代码块中，也是在类装载的时候，就执行静态代码块中的代码，初始化类的实例。优缺点和上面是一样的。
• 结论：这种单例模式可用，但是可能造成内存浪费

代码实例

class Singleton {
	//1. 构造器私有化, 外部能new
	private Singleton() {
	}
	//2.本类内部创建对象实例
	private  static Singleton instance;
	static { // 在静态代码块中，创建单例对象
		instance = new Singleton();
	}
	//3. 提供一个公有的静态方法，返回实例对象
	public static Singleton getInstance() {
		return instance;
	}
}

2.3 懒汉式(线程不安全)

简介

• 起到了Lazy Loading的效果，但是只能在单线程下使用。
• 如果在多线程下，一个线程进入了if (singleton == null)判断语句块，还未来得及往下执行，另一个线程也通过了这个判断语句，这时便会产生多个实例。所以在多线程环境下不可使用这种方式。
• 结论：在实际开发中，不要使用这种方式。

代码实例

class Singleton {
	private static Singleton instance;
	private Singleton() {}
	//提供一个静态的公有方法，当使用到该方法时，才去创建 instance
	//即懒汉式
	public static Singleton getInstance() {
		if(instance == null) {
			instance = new Singleton();
		}
		return instance;
	}
}

2.4 懒汉式(线程安全，同步方法)

简介

• 未完成解决线程不安全问题。
• 效率太低了，每个线程在想获得类的实例时候，执行getInstance()方法都要进行同步。而其实这个方法只执行一次实例化代码就够了，后面的想获得该类实例，直接return就行了。方法进行同步效率太低。
• 结论：在实际开发中，不推荐使用这种方式。

代码实例

class Singleton {
	private static Singleton instance;
	private Singleton() {}
	//提供一个静态的公有方法，加入同步处理的代码，解决线程安全问题
	//即懒汉式
	public static synchronized Singleton getInstance() {
		if(instance == null) {
			instance = new Singleton();
		}
		return instance;
	}
}

2.5 懒汉式(线程安全，同步代码块)

简介

• 这种方式，本意是想对同步方法方式的改进，因为前面同步方法效率太低，改为同步产生实例化的的代码块。
• 但是这种同步并不能起到线程同步的作用。跟第3种实现方式遇到的情形一致，假如一个线程进入了if (singleton == null)判断语句块，还未来得及往下执行，另一个线程也通过了这个判断语句，这时便会产生多个实例。
• 结论：在实际开发中，不能使用这种方式。

代码实例

class Singleton {
	private static Singleton instance;
	private Singleton() {}
	//提供一个静态的公有方法，加入同步处理的代码，解决线程安全问题
	//即懒汉式
	public static Singleton getInstance() {
		if(instance == null) {
			synchronized (Singleton.class) {
				instance = new Singleton();
			}
		}
		return instance;
	}
}

2.6 双重检查

简介

• Double-Check概念是多线程开发中常使用到的，如代码中所示，我们进行了两次if (singleton == null)检查，这样就可以保证线程安全了。
• 这样，实例化代码只用执行一次，后面再次访问时，判断if (singleton == null)，直接return实例化对象，也避免的反复进行方法同步.
• 线程安全；延迟加载；效率较高
• 结论：在实际开发中，推荐使用这种单例设计模式

代码实例

class Singleton {
	private static volatile Singleton instance;
	private Singleton() {}
	//提供一个静态的公有方法，加入双重检查代码，解决线程安全问题, 同时解决懒加载问题
	//同时保证了效率, 推荐使用
	public static synchronized Singleton getInstance() {
		if(instance == null) {
			synchronized (Singleton.class) {
				if(instance == null) {
					instance = new Singleton();
				}
			}
		}
		return instance;
	}
}

2.7 静态内部类

简介

• 这种方式采用了类装载的机制来保证初始化实例时只有一个线程。
• 静态内部类方式在Singleton类被装载时并不会立即实例化，而是在需要实例化时，调用getInstance方法，才会装载SingletonInstance类，从而完成Singleton的实例化。
• 类的静态属性只会在第一次加载类的时候初始化，所以在这里，JVM帮助我们保证了线程的安全性，在类进行初始化时，别的线程是无法进入的。
• 优点：避免了线程不安全，利用静态内部类特点实现延迟加载，效率高。
• 结论：推荐使用。

代码实例

class Singleton {
	private static volatile Singleton instance;
	//构造器私有化
	private Singleton() {}
	//写一个静态内部类,该类中有一个静态属性 Singleton
	private static class SingletonInstance {
		private static final Singleton INSTANCE = new Singleton(); 
	}
	//提供一个静态的公有方法，直接返回SingletonInstance.INSTANCE
	public static synchronized Singleton getInstance() {
		return SingletonInstance.INSTANCE;
	}
}

2.8 枚举

简介

• 这借助JDK1.5中添加的枚举来实现单例模式。不仅能避免多线程同步问题，而
  且还能防止反序列化重新创建新的对象。
• 这种方式是Effective Java作者Josh Bloch 提倡的方式。
• 结论：推荐使用。

代码实例

enum Singleton {
	INSTANCE; //属性
	public void sayOK() {
		System.out.println("ok~");
	}
}