单例模式

1.介绍

• 目的：保证一个类仅有一个实例，并提供一个访问它的全局访问点。
• 如何解决：判断系统是否已经有这个单例，如果有则返回，如果没有则创建。
• 关键：构造函数是私有的
• 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。
• 类图：
  

2.饿汉式

public class SingletonDemo1 {
    // 创建一个私有化的SingletonDemo1对象
    private static SingletonDemo1 instance = new SingletonDemo1();
    // 私有化构造方法，防止被实例化
    private SingletonDemo1() {
    }
    // 提供出口
    public static SingletonDemo1 getInstance(){
        return instance;
    }
    // 测试方法
    public void SingTest() {
        System.out.println("饿汉式测试");
    }
}

• 是否 Lazy 初始化：否
• 是否多线程安全：是
• 实现难度：易
• 描述：这种方式比较常用，但容易产生垃圾对象。
• 优点：没有加锁，执行效率会提高。
• 缺点：类加载时就初始化，浪费内存。
• 描述：它基于 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，虽然导致类装载的原因有很多种，在单例模式中大多数都是调用 getInstance 方法，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 lazy loading 的效果。

3.懒汉式

public class SingletonDemo2 {
    // 创建一个私有化的SingletonDemo2对象
    private static SingletonDemo2 instance ;
    // 私有化构造方法，防止被实例化
    private SingletonDemo2() {
    }
    // 提供出口
    public static SingletonDemo2 getInstance(){
        if (instance == null){
            instance = new SingletonDemo2();
        }
        return instance;
    }
    // 测试方法
    public void SingTest() {
        System.out.println("懒汉式测试");
    }
}

• 是否 Lazy 初始化：是
• 是否多线程安全：否
• 实现难度：易
• 描述：这种方式是最基本的实现方式，这种实现最大的问题就是不支持多线程。因为没有加锁 synchronized，所以严格意义上它并不算单例模式。
  这种方式 lazy loading 很明显，不要求线程安全，在多线程不能正常工作。

4.懒汉式（线程安全）

public class SingletonDemo3 {
    // 创建一个私有化的SingletonDemo3对象
    private static SingletonDemo3 instance ;
    // 私有化构造方法，防止被实例化
    private SingletonDemo3() {
    }
    // 提供出口,加synchronized关键字
    public static synchronized SingletonDemo3 getInstance(){
    if (instance == null){
        instance = new SingletonDemo3();
    }
    return instance;
    }
    // 测试方法
    public void SingTest() {
        System.out.println("懒汉式（线程安全）测试");
    }
}

• 是否 Lazy 初始化：是
• 是否多线程安全：是
• 实现难度：易
• 描述：这种方式具备很好的 lazy loading，能够在多线程中很好的工作，但是，效率很低，99% 情况下不需要同步。
  优点：第一次调用才初始化，避免内存浪费。
  缺点：必须加锁 synchronized 才能保证单例，但加锁会影响效率。
  getInstance() 的性能对应用程序不是很关键（该方法使用不太频繁）。

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

public class SingletonDemo4 {
    // 创建一个私有化的SingletonDemo4对象，加volatile关键字
    private volatile static SingletonDemo4 instance;
    // 私有化构造方法，防止被实例化
    private SingletonDemo4 (){}
    // 提供出口,加synchronized关键字
    public static SingletonDemo4 getInstance() {
        if (instance == null) {
            synchronized (SingletonDemo4.class) {
                if (instance == null) {
                    instance = new SingletonDemo4();
                }
            }
        }
        return instance;
    }
}

• 是否 Lazy 初始化：是

• 是否多线程安全：是

• 实现难度：较复杂

• 描述：这种方式采用双锁机制，安全且在多线程情况下能保持高性能。
  getInstance() 的性能对应用程序很关键。

6.静态内部类

public class SingletonDemo5 {
    // 静态内部类
    private static class SingletonHandler{
        private static final SingletonDemo5 instance = new SingletonDemo5();
    }
    // 私有化构造方法
    private SingletonDemo5(){}
    // 访问出口
    public static SingletonDemo5 getInstance(){
        return SingletonHandler.instance;
    }
}

• 是否 Lazy 初始化：是
• 是否多线程安全：是
• 描述：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。

6.测试

public class SingletonTest {
    public static void main(String[] args) {

        SingletonDemo1 s1 = SingletonDemo1.getInstance();
        SingletonDemo2 s2 = SingletonDemo2.getInstance();
        SingletonDemo3 s3 = SingletonDemo3.getInstance();
        SingletonDemo4 s4 = SingletonDemo4.getInstance();
        SingletonDemo5 s5 = SingletonDemo5.getInstance();

        s1.SingTest();
        s2.SingTest();
        s3.SingTest();
        s4.SingTest();
        s5.SingTest();
    }
}

输出结果：

饿汉式测试
懒汉式测试
懒汉式（线程安全）测试
懒汉式（双重锁）测试
静态内部类测试