创建型（二） - 单例模式

一、概念

单例设计模式（Singleton Design Pattern）：一个类只允许创建一个对象（或者实例），那这个类就是一个单例类。

优点：在内存里只有一个实例，减少了内存的开销，避免一个全局使用的类频繁地创建与销毁。

缺点：没有接口，不能继承，与开闭职原则冲突。

使用场景：有些数据在系统中只应该保存一份，就比较适合设计为单例类。比如，系统的配置信息类。除此之外，我们还可以使用单例解决资源访问冲突的问题。

二、实现

1、步骤：

• 构造方法定义为私有方法。
• 定义一个私有的类静态实例。
• 提供一个公有的获取实例的静态方法。

2、实现方式

• 饿汉模式

public class HungryModeSingleton {
    private static final HungryModeSingleton mInstance = new HungryModeSingleton();

    private HungryModeSingleton() {}
    public static HungryModeSingleton getInstance() {
        return mInstance;
    }
}

总结：在类加载的时候就对实例进行初始化，没有线程安全问题；获取实例的静态方法没有使用同步，调用效率高；但是没有使用懒加载，如果该实例从始至终都没被使用过，则会造成内存浪费。

• 懒汉模式

public class LazyModeSingleton {
    private static LazyModeSingleton mInstance;

    private LazyModeSingleton () {}
    public static synchronized LazyModeSingleton getInstance() {
        if (mInstance == null){
            mInstance = new LazyModeSingleton();
        }
        return mInstance;
    }
}

总结：上面是线程安全的懒汉模式，在第一次使用的时候才进行初始化，达到了懒加载的效果；但是，这种写法每次获取实例都要进行同步（加锁），因此在频繁获取对象的时候效率较低。

• 双检锁/双重校验锁（DCL，即 double-checked locking）

 public class DCLModeSingleton {
    private static volatile DCLModeSingleton mInstance;

    private DCLModeSingleton () {}
    public static DCLModeSingleton getInstance() {
        if (mInstance == null){
            synchronized (DCLModeSingleton.class){
               if (mInstance == null){
                   mInstance = new DCLModeSingleton();
              }
           }
       } 
       return mInstance;      
   }
}      

总结：双重校验锁方式在第一次使用的时候才进行初始化，达到了懒加载的效果。并且只有第一次进行初始化才进行同步，因此不会有效率方面的问题。

在上面的例子中，DCLModeSingleton的实例使用了volatile关键字进行修饰，主要是为了解决在一些JDK低版本上有指令重排的问题。
指令重排问题：当线程A执行到9行的时候，线程B执行到6行，CPU在进行对象创建的时候，内部会在保证不影响最终结果的前提下对指令进行重新排序（不影响最终结果只是针对单线程）。例如：
创建对象步骤：分配空间-> 初始化对象 ->设置mInstance指向。
指令重排后：分配空间-> 设置mInstance指向 ->初始化对象
此时线程B执行到第6行，发现mInstance不为空，但是对象并没有初始化完成，会出现问题，但是概率较低。
使用volatile修饰符可以禁止指令重排，防止出现该问题。

• 静态内部类

public class StaticModeSingleton {
    private StaticModeSingleton () {}

    private static class SingletonHolder{
        private static final StaticModeSingleton INSTANCE = new StaticModeSingleton();
    }
    public static StaticModeSingleton getInstance() {
        return SingletonHolder.INSTANCE;
    }
}

总结：SingletonHolder 是一个静态内部类，当外部类StaticModeSingleton被加载的时候，并不会创建 SingletonHolder 实例对象。只有当调用 getInstance() 方法时，SingletonHolder 才会被加载，这个时候才会创建instance。instance 的唯一性、创建过程的线程安全性，都由 JVM 来保证。所以，这种实现方法既保证了线程安全，又能做到延迟加载。

• 枚举

public enum Singleton {
    INSTANCE;
    //添加自己需要的操作
    public void doSomeThing() {
    }
}

总结：非懒加载，线程安全，可以避免反序列化重新创建对象。

3、实现方式优缺点对比

三、应用场景

• 网站计数器。
• 应用程序的日志应用。
• Web项目中的配置对象的读取。
• 数据库连接池。
• 多线程池。

单例模式详解