单例模式

一、单例模式介绍

       单例设计模式，就是采取一定的方法保证在整个的软件系统中，对某个类只能存在一个对象实例，并且该类只提供一个取得其对象的实例方法（静态方法） 。

二、单例模式实现方式

       单例模式的实现步骤为：1）构造器私有化（防止new）；2）类的内部创建对象；3）向外暴露一个静态的公共方法（getInstance()）。 单例模式的实现方式一共有8种，分别为：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。接下来逐一讲解这8种实现方式的优缺点。

2.1饿汉式（静态常量）

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

       这种实现方式比较简单，就是在类装载的时候就完成实例化，避免了线程同步问题，但是在类装载的时候就完成实例化，没有达到懒加载的效果。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classloader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就没有达到懒加载的效果，因此这种单例模式可用，可能造成内存浪费。

2.2饿汉式（静态代码块）

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

       这种实现方式和上面的方式类似，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。

2.3懒汉式（线程不安全）

public class Singleton{
  //构造器私有化，外部不能new
  private Singleton(){
  }
  
  //本类内部创建对象实例
  private static Singleton instance;
  
  //提供一个公有的静态方法，当使用到该方式时，才去创建对象
  public static Singleton getInstance(){
    if(null == instance){
      instance = new Singleton();
    }
    return instance;
  }
  
}

       这种实现方式起到了懒加载的效果，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判断语句块，还没来得及往下执行，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法。因此在实际开发中，不可使用这种方式。

2.4懒汉式（线程安全，同步方法）

public class Singleton{
  //构造器私有化，外部不能new
  private Singleton(){
  }
  
  //本类内部创建对象实例
  private static Singleton instance;
  
  //加入同步代码，解决线程安全问题
  public static synchronized Singleton getInstance(){
    if(null == instance){
      instance = new Singleton();
    }
    return instance;
  }
  
}

       这种实现方式解决了线程不安全问题，但是效率太低了。每个线程在想获取类的实例时，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，后面的线程想获取该类实例，直接return就行了。方法进行同步效率太低。因此在实例开发中，不推荐使用这种方式。

2.5懒汉式（线程安全，同步代码块）

public class Singleton{
  //构造器私有化，外部不能new
  private Singleton(){
  }
  
  //本类内部创建对象实例
  private static Singleton instance;
  
  //加入同步代码，解决线程安全问题
  public static  Singleton getInstance(){
    if(null == instance){
      synchronized (Singleton.class){
         instance = new Singleton();
      }
    }
    return instance;
  }
  
}

       这种实现方式，本意是相对第四种实现方式的改进，因为前面同步方式效率太低，改为同步产生实例化的代码块，但是这种同步并不能起到线程同步的作用。跟第三种实现方式遇到的情形一致，假如一个线程进入了if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，这时就会产生多个实例。因此在实际开发中，不可使用这种方式。

2.6双重检查

public class Singleton{
  //构造器私有化，外部不能new
  private Singleton(){
  }
  
  //本类内部创建对象实例
  private static volatile Singleton instance;
  
  public static Singleton getInstance(){
    if(null == instance){
      synchronized (Singleton.class){
        if(null == instance){
          instance = new Singleton();
        }
      }
    }
    return instance;
  }
  
}

       Double-Check概念是多线程开发中常使用的，如代码中所示，我们进入了两次if检查，这样就可以保证线程安全了 。实例化代码只用执行一次，后面再次访问时，判断if（null == instance），直接return实例化对象，也避免了反复进行方法同步 。这种实现方式支持延迟加载，效率较高，因此在实际开发中，推荐使用这种单例设计模式。

2.7静态内部类

public class Singleton{
  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 Singleton getInstance(){
    return SingletonInstance.INSTANCE;
  }
}

      这种实现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，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 。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，在类进行初始化时，别的线程是无法进入的。

2.8枚举

public enum Singleton{
  INSTANCE;
  public void method(){}
}

       这种实现方式借助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作者提倡的方式。

三、单例在JDK的使用

       在JDK中，java.lang.Runtime就是经典的单例模式。

四、注意事项和细节说明

1）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

2）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

3）单例模式使用的场景：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、频繁访问数据库或文件的对象（比如数据源、session工厂等）