单例模式（Singleton）

一种常见的设计模式，在计算机系统中，线程池、缓存、日志对象、对话框、打印机、显卡的驱动程序对象常被设计成单例。具有以下特点：

特点：

• 单例类只能有一个实例。
• 单例类必须自己创建自己的唯一实例。
• 单例类必须给所有其他对象提供这一实例。

主要分为饿汉式单例类、懒汉式单例类、Lazy initialization holder class。

优点：

• 某些类创建比较频繁，对于一些大型的对象，这是一笔很大的系统开销。省去了new操作符，降低了系统内存的使用频率，减轻GC压力。
• 有些类如交易所的核心交易引擎，控制着交易流程，如果该类可以创建多个的话，系统完全乱了。（比如一个军队出现了多个司令员同时指挥，肯定会乱成一团），所以只有使用单例模式，才能保证核心交易服务器独立控制整个流程。

缺点：

没有接口，不能继承，与单一职责原则冲突，一个类应该只关心内部逻辑，而不关心外面怎么样来实例化。

使用场景： 

1、要求生产唯一序列号。

2、WEB 中的计数器，不用每次刷新都在数据库里加一次，用单例先缓存起来。

3、创建的一个对象需要消耗的资源过多，比如 I/O 与数据库的连接等

1、饿汉式单例类

饿汉式是典型的空间换时间，当类装载的时候就会创建类的实例，不管你用不用，先创建出来，然后每次调用的时候，就不需要再判断，节省了运行时间。潜在的问题是线程不安全，实现较为容易。

代码如下：

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/* 饿汉式单例类 */

public class EagerSingleton {

private static EagerSingleton instance = new EagerSingleton();

//私有的构造函数

private EagerSingleton() {}

//静态工厂方法

public static EagerSingleton getInstance() {

return instance;

}

public void show() {

System.out.println("饿汉式单例...");

}

}

public class SingletonDemo {

public static void main(String[] args) {

//获取对象

EagerSingleton eagerSingleton = EagerSingleton.getInstance();

eagerSingleton.show();

}

}

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当类装载的时候就会创建类的实例，然后每次调用的时候，都可以直接使用，节省了运行时间。

2、懒汉式单例类

懒汉式单例类实现里对静态工厂方法使用了同步化，以处理多线程环境。懒汉式是时间换空间,每次获取实例都会进行判断，看是否需要创建实例，浪费判断的时间。如果未使用则不会创建。懒汉式的实现是线程安全的，会降低速度。

代码如下：

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/* 懒汉式单例 */

public class LazySingleton {

private static LazySingleton instance = null;

//私有的构造函数

private LazySingleton() {}

//静态的工厂方法

public static synchronized LazySingleton getInstance() {

if (instance == null) {

instance = new LazySingleton();

}

return instance;

}

public void show() {

System.out.println("懒汉式单例...");

}

}

public class SingletonDemo {

public static void main(String[] args) {

//获取饿汉式单例对象

EagerSingleton eagerSingleton = EagerSingleton.getInstance();

eagerSingleton.show();

//获取懒汉式单例对象

LazySingleton lazySingleton = LazySingleton.getInstance();

lazySingleton.show();

}

}

上述方法虽然线程安全但是新性能会有一些问题，因此使用“双重检查加锁”的方式来实现，就可以既实现线程安全，又能够使性能不受很大的影响。

具体方法是：并不是每次进入getInstance方法都需要同步，而是先不同步，进入方法后，先检查实例是否存在，如果不存在才进行下面的同步块，这是第一重检查，进入同步块过后，再次检查实例是否存在，如果不存在，就在同步的情况下创建一个实例，这是第二重检查。这样一来，就只需要同步一次了，从而减少了多次在同步情况下进行判断所浪费的时间。

采用关键字volatile（被volatile修饰的变量的值，将不会被本地线程缓存，所有对该变量的读写都是直接操作共享内存，从而确保多个线程能正确的处理该变量）。

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public class Singleton {

private volatile static Singleton instance = null;

/* 私有的构造函数 */

private Singleton() {}

public static Singleton getInstance() {

//先检查实例是否存在，如果不存在才进入下面的同步块

if(instance == null) {

//同步块，线程安全的创建实例

synchronized (Singleton.class) {

//检查实例是否存在，如果不存在才真正的创建实例

instance = new Singleton();

}

}

return instance;

}

}

3、Lazy initialization holder class模式

这种方式能达到双检锁方式一样的功效，但实现更简单。对静态域使用延迟初始化，应使用这种方式而不是双检锁方式。这种方式只适用于静态域的情况，双检锁方式可在实例域需要延迟初始化时使用。这种方式采用 classloder 机制来保证初始化 instance 时只有一个线程，这种方式是 SingletonLazyInitHolder 类被装载了，instance 不一定被初始化。因为 SingletonHolder 类没有被主动使用，只有通过显式调用 getInstance 方法时，才会显式装载 SingletonHolder 类，从而实例化 instance。想象一下，如果实例化 instance 很消耗资源，所以想让它延迟加载，另外一方面，又不希望在 Singleton 类加载时就实例化，因为不能确保 Singleton 类还可能在其他的地方被主动使用从而被加载，那么这个时候实例化 instance 显然是不合适的。这个时候，这种方式相比第 3 种方式就显得很合理。

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public class SingletonLazyInitHolder {

private SingletonLazyInitHolder() {}

/**

* @description 类级的内部类，也就是静态的成员式内部类，

* 该内部类的实例与外部类的实例没有绑定关系，

* 而且只有被调用到时才会装载，从而实现了延迟加载

*/

private static class SingletonHolder {

/* 静态初始化器，由JVM来保证线程安全 */

private static SingletonLazyInitHolder instance = new SingletonLazyInitHolder();

}

public static SingletonLazyInitHolder getInstance() {

return SingletonHolder.instance;

}

}

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这个模式的优势在于，getInstance方法并没有被同步，并且只是执行一个域的访问，因此延迟初始化并没有增加任何访问成本。