《设计模式之禅》学习-----单例模式

单例模式（Singleton Pattern）是一个比较简单的模式，其定义如下：Ensure a class has only one instance, and provide a global point of access to it.（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。）

Singleton类称为单例类，通过使用private的构造函数确保了在一个应用中只产生一个实例，并且是自行实例化的（在Singleton中自己使用new Singleton()）

public class Singleton {
  private static final Singleton singleton = new Singleton();
      //限制产生多个对象
  private Singleton(){
  }
      //通过该方法获得实例对象
  public static Singleton getSingleton(){
    return singleton;
  }
      //类中其他方法，尽量是static
  public static void doSomething(){
  }
}

• 单例模式的优点

  • 由于单例模式在内存中只有一个实例，减少了内存开支，特别是一个对象需要频繁地
    创建、销毁时，而且创建或销毁时性能又无法优化，单例模式的优势就非常明显。
  • 由于单例模式只生成一个实例，所以减少了系统的性能开销，当一个对象的产生需要
    比较多的资源时，如读取配置、产生其他依赖对象时，则可以通过在应用启动时直接产生一
    个单例对象，然后用永久驻留内存的方式来解决（在Java EE中采用单例模式时需要注意JVM
    垃圾回收机制）。
  • 单例模式可以避免对资源的多重占用，例如一个写文件动作，由于只有一个实例存在
    内存中，避免对同一个资源文件的同时写操作。
  • 单例模式可以在系统设置全局的访问点，优化和共享资源访问，例如可以设计一个单
    例类，负责所有数据表的映射处理。

• 单例模式的缺点

  • 单例模式一般没有接口，扩展很困难，若要扩展，除了修改代码基本上没有第二种途
    径可以实现。单例模式为什么不能增加接口呢？因为接口对单例模式是没有任何意义的，它
    要求“自行实例化”，并且提供单一实例、接口或抽象类是不可能被实例化的。当然，在特殊
    情况下，单例模式可以实现接口、被继承等，需要在系统开发中根据环境判断。
  • 单例模式对测试是不利的。在并行开发环境中，如果单例模式没有完成，是不能进行
    测试的，没有接口也不能使用mock的方式虚拟一个对象。
  • 单例模式与单一职责原则有冲突。一个类应该只实现一个逻辑，而不关心它是否是单
    例的，是不是要单例取决于环境，单例模式把“要单例”和业务逻辑融合在一个类中。

• 单例模式的使用场景

  • 要求生成唯一序列号的环境；
  • 在整个项目中需要一个共享访问点或共享数据，例如一个Web页面上的计数器，可以不用把每次刷新都记录到数据库中，使用单例模式保持计数器的值，并确保是线程安全的；
  • 创建一个对象需要消耗的资源过多，如要访问IO和数据库等资源；
  • 需要定义大量的静态常量和静态方法（如工具类）的环境，可以采用单例模式（当然，也可以直接声明为static的方式）。

• 单例模式的常见写法

  第一种（懒汉模式，线程不安全）：
  懒汉模式申明了一个静态对象，在用户第一次调用时初始化，虽然节约了资源，但第一次加载时需要实例化，反映稍慢一些，而且在多线程不能正常工作。

public class Singleton {  
    private static Singleton instance;  
    private Singleton (){}  

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

第二种（懒汉模式，线程安全） 这种写法能够在多线程中很好的工作，但是每次调用getInstance方法时都需要进行同步，造成不必要的同步开销，而且大部分时候我们是用不到同步的，所以不建议用这种模式。

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

第三种（饿汉模式）：这种方式在类加载时就完成了初始化，所以类加载较慢，但获取对象的速度快。 这种方式基于类加载机制避免了多线程的同步问题，但是也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显然没有达到懒加载的效果。

public class Singleton {  
    private Singleton instance = null;  
    static {  
    instance = new Singleton();  
    }  
    private Singleton (){}  
    public static Singleton getInstance() {  
    return this.instance;  
    }  
}  

第四种（双重检查模式 DCL）：这种写法在getSingleton方法中对singleton进行了两次判空，第一次是为了不必要的同步，第二次是在singleton等于null的情况下才创建实例。在这里使用volatile会或多或少的影响性能，但考虑到程序的正确性，牺牲这点性能还是值得的。DCL优点是资源利用率高，第一次执行getInstance时单例对象才被实例化，效率高。缺点是第一次加载时反应稍慢一些，在高并发环境下也有一定的缺陷，虽然发生的概率很小。DCL虽然在一定程度解决了资源的消耗和多余的同步，线程安全等问题，但是他还是在某些情况会出现失效的问题，也就是DCL失效，在《java并发编程实践》一书建议用静态内部类单例模式来替代DCL。

public class Singleton {  
      private volatile static Singleton singleton;  
      private Singleton (){
      }   
      public static Singleton getInstance() {  
      if (instance== null) {  
          synchronized (Singleton.class) {  
          if (instance== null) {  
              instance= new Singleton();  
          }  
         }  
     }  
     return singleton;  
     }  
 }  

第五种（静态内部类单例模式）第一次加载Singleton类时并不会初始化sInstance，只有第一次调用getInstance方法时虚拟机加载SingletonHolder 并初始化sInstance ，这样不仅能确保线程安全也能保证Singleton类的唯一性，所以推荐使用静态内部类单例模式。

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