单例设计模式

什么是单例模式

单例模式：可以说是23种设计模式种最简单的模式了，是说类只有一个供全局访问的单个实例，类不能实例化。
这里有两个点：

1. 类只有一个供全局访问的实例
2. 类不能实例化

为什么使用单例模式

我们期望只提供类的实例供外部系统使用，节约内存。

注意事项：
单例类应该只提供读功能，不提供写功能，也就是说不提供相关的方法改变类实例的状态。
比如：

public class Singleton {  
    private static Singleton instance = new Singleton();  
    private int state
    private Singleton (){}  
    public static Singleton getInstance() {  
    	return instance;  
    }  
    //使用的地方都可能改变状态，导致内部错乱，不建议使用。改为非单例模式更好。
    public void setState(int state) {
    	this.state = state
    }
}

如何使用单例模式

1. 我们需要因此构造方法，不让外部构造对象。
2. 我们需要提供静态的接口供外部获取单例类的对象。
3. 类内部实例化对象

所有的单例模式基本是上面的套路，唯一不同的是类内部实例化对象的过程。

懒汉式 推荐使用

懒汉式是在加载类的class文件时候，直接创建对象，没有使用懒加载，而且是线程安全的。大部分情况下我们都会调用getInstance()方法，而有时不调用的使用，会浪费资源。

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

饿汉式 推荐使用

饿汉式是说创建对象的过程中使用懒加载，只有真正调用getInstance()时候才进行对象的创建。而饿汉式又分为线程安全的和线程不安全的，只是getInstace方法上是否通过synchronized加锁，这里强烈推荐直接加锁，因为这样可以避免单例类扩展为多线程运行，而我们又忘记枷锁的情况。

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

双重校验锁 不推荐使用

双重校验锁（DCL，即 double-checked locking）即为在创建对象的过程中添加两次校验，一次是不加锁的校验，一次是加锁的校验。在getInstace需要高并发的使用才会使用，不推荐使用，因为实现起来过于复杂。
这里实现使用注意sychronized和volatile，二者缺一不可

• sychronized保证原子性
• volatile保证有序性

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

静态内部类 强烈推荐

此方法是通过classloader来保证单例，而且是懒加载。classloader先加载Singleton类，在调用的getInstance()时候才会去加载SingletonHolder类，从而实现懒加载。强烈推荐使用此方式。

public class Singleton {  
    private Singleton (){}  

    private static class SingletonHolder {  
    	private static final Singleton INSTANCE = new Singleton();  
    } 

    public static final Singleton getInstance() {  
    	return SingletonHolder.INSTANCE;  
    }  
}

枚举 强烈推荐

public enum Singleton {  
    INSTANCE;  
}

单例模式优缺点

优点：

• 提供统一的全局访问的接口，方便调用，而且支持多线程，保护资源
• 只提供一个类的对象，节约内存

缺点：

• 不适用于内部状态变化的类
• 扩展性差，万一后面扩展为非单例的类，能改死人。

Java中单例的原理

对于任意一个类，都必须由加载它的类加载器和这个类本身一起共同确立其在Java虚拟机中的唯一性，每一个类加载器，都拥有一个独立的类名称空间。这句话可以表达得更通俗一些：比较两个类是否“相等”，只有在这两个类是由同一个类加载器加载的前提下才有意义，否则，即使这两个类来源于同一个Class文件，被同一个Java虚拟机加载，只要加载它们的类加载器不同，那这两个类就必定不相等。-《深入理解Java虚拟机》

所以单例是保证同一个classloader加载同一份Class文件，并且创建唯一的对象，使用不同的classloader加载同一个Class文件，不会是单例的。这也是为什么多进程会导致单例失效的原因。