设计模式之单例设计模式

1.单例设计模式介绍

所谓类的单例设计模式，就是采取一定的方法保证在整个的软件系统中，对某个类只能存在一个对象实例， 并且该类只提供一个取得其对象实例的方法(静态方法)。

比如 Hibernate 的 SessionFactory，它充当数据存储源的代理，并负责创建 Session 对象。SessionFactory 并不是轻量级的，一般情况下，一个项目通常只需要一个 SessionFactory 就够，这是就会使用到单例模式。

2.单例设计模式5种方式

1）饿汉式（静态变量）    - 在确定会使用到该实例时，可推荐使用
   饿汉式（静态代码块）
2）懒汉式（线程不安全）    - 不推荐
   懒汉式（线程安全，同步方法）    - 效率较低，不推荐
   懒汉式（线程不安全，同步代码块）    - 不推荐
3）双重检查          - 推荐使用
4）静态内部类        - 推荐使用
5）枚举            - 推荐使用

3.饿汉式（静态变量）

//饿汉式(静态变量)
class Singleton{
	//1.构造器私有化（防止new）
    private Singleton(){}
    //2.本类内部创建对象实例
    private static final Singleton singleton = new Singleton();
    //3.提供公有静态方法，返回实例对象
    public static Singleton getInstance(){
        return singleton;
    }
}

优缺点：

1)优点：写法比较简单，就是在类装载的时候就完成实例化。避免了线程同步问题。
2)缺点：在类装载的时候就完成实例化，没有达到 Lazy Loading 的效果。如果从始至终从未使用过这个实例，则会造成内存的浪费。
3)这种方式基于 classloder 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，在单例模式中大多数都是调用 getInstance 方法， 但是导致类装载的原因有很多种，因此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 就没有达到 lazy loading 的效果。
4)结论：这种单例模式可用，可能造成内存浪费

4.饿汉式（静态代码块）

//饿汉式(静态代码块)
class Singleton{
	//1.构造器私有化（防止new）
    private Singleton(){}
    //2.本类内部创建对象实例
    private static Singleton singleton;
  
    static {	//在静态代码块中，创建单例对象
    	singleton = new Singleton();
    }
    //3.提供公有静态方法，返回实例对象
    public static Singleton getInstance(){
        return singleton;
    }   
}

优缺点：

1)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。
2)结论：这种单例模式可用，但是可能造成内存浪费

5.懒汉式（线程不安全）

//懒汉式(线程不安全)
class Singleton{
	//声明实例变量
	private static Singleton singleton;
	//构造器私有化
	private Singleton() {}
	//提供静态公有方法，当使用该方法是，才创建该对象实例
	public static Singleton getInstance() {
		if(singleton == null) {
          	//当第一个线程还未执行下面语句时，第二个线程也进来了
			singleton = new Singleton();
		}
		return singleton;
	}
}

优缺点：

1)起到了 Lazy Loading 的效果，但是只能在单线程下使用。
2)如果在多线程下，一个线程进入了 if (singleton == null)判断语句块，还未来得及往下执行，另一个线程也通过了这个判断语句，这时便会产生多个实例。所以在多线程环境下不可使用这种方式
3)结论：在实际开发中，不要使用这种方式.

6.懒汉式（线程安全,同步方法）

//懒汉式(线程安全，同步方法)
class Singleton{
	//声明实例变量
	private static Singleton singleton;
	//构造器私有化
	private Singleton() {}
	//提供静态公有方法，加入同步处理代码，解决线程安全问题，效率较低
	public static synchronized Singleton getInstance() {
		if(singleton == null) {
			singleton = new Singleton();
		}
		return singleton;
	}
}

优缺点：

1)解决了线程安全问题
2)效率太低了，每个线程在想获得类的实例时候，执行 getInstance()方法都要进行同步。而其实这个方法只执行一次实例化代码就够了，后面的想获得该类实例，直接 return 就行了。方法进行同步效率太低
3)结论：在实际开发中，不推荐使用这种方式

7.懒汉式（线程不安全，同步代码块）

//懒汉式(线程不安全，同步代码块)
class Singleton{
	//声明实例变量
	private static Singleton singleton;
	//构造器私有化
	private Singleton() {}
	//提供静态公有方法
	public static Singleton getInstance() {
		if(singleton == null) {
			//同步代码块，解决不了线程安全问题，可解决效率
			synchronized (Singleton.class) {
				singleton = new Singleton();
			}
		}
		return singleton;
	}
}

优缺点：

线程不安全，不推荐使用

8.双重检查

//双重检查(线程安全，懒加载，效率较高)
class Singleton{
	//声明实例变量
	private static volatile Singleton singleton;
	//构造器私有化
	private Singleton() {}
	//提供静态公有方法，加入双重检查，解决线程安全问题，同时解决懒加载，同时保证了效率，推荐使用
	public static Singleton getInstance() {
		if(singleton == null) {
			//同步代码块，解决不了线程安全问题，可解决效率
			synchronized (Singleton.class) {
				//解决线程安全问题
				if(singleton == null) {
					singleton = new Singleton();
				}
			}
		}
		return singleton;
	}
}

优缺点：

1)Double-Check 概念是多线程开发中常使用到的，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。
2)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，也避免的反复进行方法同步.
3)线程安全；延迟加载；效率较高
4)结论：在实际开发中，推荐使用这种单例设计模式

9.静态内部类

//静态内部类(线程安全，懒加载，效率高)
class Singleton{
	//构造器私有化
	private Singleton() {}
	//静态内部类，推荐使用
	//加载Singleton类时不会加载静态内部类，保证了懒加载
	//调用getInstance方法时，才加载静态内部类，利用jvm底层类加载机制，保证了线程的安全性
	private static class SingletonInstance{
		private static final Singleton INSTANCE = new Singleton();
	}
	//提供静态公有方法，
	public static Singleton getInstance() {
		return SingletonInstance.INSTANCE;
	}
}

优缺点：

1)这种方式采用了类装载的机制来保证初始化实例时只有一个线程。
2)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 SingletonInstance 类，从而完成 Singleton 的实例化。
3)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。
4)优点：避免了线程不安全，利用静态内部类特点实现延迟加载，效率高
5)结论：推荐使用.

10.枚举

//枚举(线程安全，懒加载)，推荐使用
enum Singleton{
	INSTANCE;	//属性
	public void method() {
		System.out.println("ok~");
	}
}

优缺点：

1)这借助 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。
2)这种方式是 Effective Java 作者 Josh Bloch  提倡的方式
3)结论：推荐使用

11.单例模式在JDK应用的源码分析

JDK中，java.lang.Runtime就是经典的单例模式（饿汉式）

public class Runtime {
    private static Runtime currentRuntime = new Runtime();
    public static Runtime getRuntime() {
          return currentRuntime;
      }
  	private Runtime() {}
  	...
}

12.单例模式注意事项和细节说明

1)单例模式保证了 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
2)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
3)单例模式使用的场景：需要频繁的进行创建和销毁的对象、创建对象时耗时过多或耗费资源过多(即：重量级对象)，但又经常用到的对象、工具类对象、频繁访问数据库或文件的对象(比如数据源、session 工厂等)