慢慢说设计模式：单例模式

小Q：什么是设计模式

慢慢：设计模式是系统服务设计中针对常见场景的一种解决方案，可以解决功能逻辑开发中遇到的共性问题。设计模式并不局限最终的实现方案，而是在这种概念模式下，解决系统设计中的代码逻辑问题。

小Q：什么是单例模式

单例模式保证了不管何时使用，都是使用同一个对象实例。使用单例模式的好处在于：不用频繁的创建和销毁对象实例，减少资源的消耗。

小Q：赶快上代码！

单例模式的实现有很多种，但最终可以分为两类：懒汉模式和饿汉模式。

1. 饿汉模式：及在程序启动时直接创建，不管以后是否有用到此对象实例。（会增大系统的开销）

public class Demo {

    private Demo(){}  // 只能调用 getInstance
  
    private static Singleton instance = new Singleton();   // 在加载此类时直接创建
    public static Singleton getInstance() {
        return instance;  获取此对象
    }
}

2. 懒汉模式：懒汉模式会在我们需要时（及调用 getInstance()） 时才创建对象，这样如果没有使用就不会自动创建。懒汉模式又有多种的实现方案：
   • 静态内部类模式
   • 线程不安全模式
   • 线程安全模式1
   • 线程安全模式2（双重锁校验）
   • 线程安全模式3（使用 CAS）
   • 枚举模式

// 静态内部类模式
public class Demo {

    private Demo(){}  // 只能调用 getInstance

    private static class SingletonInner{
        private static Singleton instance = new Singleton();
    }

    public static Singleton getInstance() {
        return SingletonInner.instance;
    }
}

// 线程不安全模式，此模式在高并发下会同时创建出多个实例
public class Demo {
    private static Singleton instance;

    private Demo(){}  // 只能调用 getInstance

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

// 线程安全模式1，此模式下锁的粒度很高，需要进行优化
public class Demo {
    private static Singleton instance;

    private Demo(){}  // 只能调用 getInstance

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

// 线程安全模式2：减低了锁的粒度，将 synchronized 从方法弄到代码段里，但需要有双重判断
// 因为当线程阻塞时，进行的线程会先创建实例，这时阻塞的线程放行后无需再创建
public class Demo {
    private static Singleton instance;

    private Demo(){}  // 只能调用 getInstance

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

// 线程安全模式3：使用原子类来保证线程安全
public class Demo {
    private static final AtomicReference<Singleton> INSTANCE = new AtomicReference<Singleton>();
    private static Singleton instance;
  
    private Demo() {}
  
    public static Singleton getInstance() {
        for (;;) {   // 自旋锁
            Singleton instance = INSTANCE.get();
            if (null == instance)
                INSTANCE.compareAndSet(null, new Singleton());
            else 
                return instance;
        }
    }
}

// 使用枚举
public enum Singleton {
    INSTANCE;
    public void doSomething() {
        System.out.println("doSomething");
    }
}

// 对于原先的模式，需要 Singleton 实例下的功能需要这样调用：Demo.getInstance().doSomething()
// 而枚举模式下的调用：Singleton.INSTANCE.doSomething

小Q：枚举类型这么难理解，还有必要学吗？

枚举的方式是美国著名程序员 Bloch 极力推荐的。它的实现代码简洁，即使在面对复杂的串行化或反射攻击时，也无偿提供了串行化机制。