[设计模式] 单例模式

一  简介

　　单例模式是一种常用的软件设计模式，其定义是单例对象的类只能允许一个实例存在。

　　许多时候整个系统只需要拥有一个全局的对象，这样有利于我们协调系统整体的行为。

　　比如在某个服务器程序中，该服务器的配置信息存放在一个文件中，这些配置数据由一个单例对象统一读取，然后服务进程中的其他对象再通过这个单例对象获取这些配置信息。这种方式简化了在复杂环境下的配置管理。

二  基本的实现思路

　　单例的实现主要是通过以下两个步骤：

　　　　1、将该类的构造方法定义为私有方法，这样其他处的代码就无法通过调用该类的构造方法来实例化该类的对象，只有通过该类提供的静态方法来得到该类的唯一实例；

　　　　2、在该类内提供一个静态方法，当我们调用这个方法时，如果类持有的引用不为空就返回这个引用，如果类保持的引用为空就创建该类的实例并将实例的引用赋予该类保持的引用。

三  注意事项

　　单例模式在多线程的应用场合下必须小心使用。如果当唯一实例尚未创建时，有两个线程同时调用创建方法，那么它们同时没有检测到唯一实例的存在，从而同时各自创建了一个实例，这样就有两个实例被构造出来，从而违反了单例模式中实例唯一的原则。 解决这个问题的办法是为指示类是否已经实例化的变量提供一个互斥锁(虽然这样会降低效率)。

四  单例模式的几种写法

1  饿汉模式（静态变量）【可用】

/**
 * 单例模式 - 饿汉模式
 */
public class Singleton {
    private static Singleton singleton = new Singleton();

    private Singleton(){}

    public static Singleton getInstance(){
        return singleton;
    }
}

　　优点：这种写法比较简单，就是在类装载的时候就完成实例化。由于类加载是线程安全的，因此避免了线程同步问题。

　　缺点：在类装载的时候就完成实例化，没有达到延迟加载的效果。如果从始至终从未使用过这个实例，这个实例对象会一直保存在内存中，则会造成内存的浪费。

2  饿汉模式-变种（静态代码块）【可用】

class Singleton1 {
    private static Singleton1 singleton;

    static {
        singleton = new Singleton1();
    }

    private Singleton1(){}

    public static Singleton1 getInstance(){
        return singleton;
    }
}

　　这种方式和上面的方式其实类似，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。

3  双重校验锁【推荐使用】

class Singleton2 {
    private static volatile Singleton2 singleton;

    private Singleton2(){}

    public static Singleton2 getInstance(){
        if (singleton == null){
            synchronized (Singleton2.class){
                if (singleton == null){
                    singleton = new Singleton2();
                }
            }
        }
        return singleton;
    }
}

　　Double-Check概念对于多线程开发者来说不会陌生，如代码中所示，我们进行了两次if (singleton == null)检查，这样就可以保证线程安全了。这样，实例化代码只用执行一次，后面再次访问时，判断if (singleton == null)，直接return实例化对象。

　　同时，为了防止在执行new Singleton方法时指令重排序，singleton对象需要用volatile修饰。

　　优点：线程安全；延迟加载；效率较高。

　　缺点：仍然无法避免通过反射的方式调用构造函数进行初始化。

4  静态内部类【推荐使用】

class Singleton3 {
    private Singleton3(){}
    public static final Singleton3 getInstance(){
        return SingletonHoder.Instance;
    }
    private static  class SingletonHoder{
        private static final Singleton3 Instance = new Singleton3();
    }
}

　　这种方式跟饿汉式方式采用的机制类似，但又有不同。两者都是采用了类装载的机制来保证初始化实例时只有一个线程。不同的地方在饿汉式方式是只要Singleton类被装载就会实例化，没有Lazy-Loading的作用，而静态内部类方式在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SingletonHoder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性，在类进行初始化时，别的线程是无法进入的。

　　优点：避免了线程不安全，延迟加载，效率高。

5  枚举【推荐使用】

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

调用也非常简单：

Singleton.INSTANCE.getOtherMethod();

　　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。

　　优点：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。

　　缺点：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，可能会给其他开发人员造成困扰，特别是看不到源码的时候。

　　适用场合：

1. 需要频繁的进行创建和销毁的对象；
2. 创建对象时耗时过多或耗费资源过多，但又经常用到的对象；
3. 工具类对象；
4. 频繁访问数据库或文件的对象。