设计模式 单例模式（Singleton）

单例模式（Singleton Pattern）是 Java 中最简单的设计模式之一。这种类型的设计模式属于创建型模式，它提供了一种创建对象的最佳方式。这种模式涉及到一个单一的类，该类负责创建自己的对象，同时确保只有单个对象被创建。这个类提供了一种访问其唯一的对象的方式，可以直接访问，不需要实例化该类的对象。

单例模式5种创建方式:

• 饿汉式：类初始化的时候，会立即加载该对象，线程天生安全，调用效率高。
• 懒汉式：类初始化时，不会初始化该对象，真正需要使用的时候才会去创建该对象，具备懒加载功能。
• 静态内部类方式：结合了懒汉式和饿汉式各自的优点，真正需要对象的时候才会加载，加载类是线程安全的。
• 枚举单例：使用枚举实现单例模式，实现简单、调用效率高，枚举本身就是单例，由JVM从根本上提供保障，避免通过反射和反序列化的漏洞，缺点是没有延迟加载。
• 双重检测方式：（因为JVM本身重排序的原因，可能会出现多次的初始化）。

 实现代码如下：

//饿汉式
public class SingletonDemo01 {
    // 类初始化时,会立即加载该对象，线程天生安全,调用效率高
    private static SingletonDemo01 singletonDemo01 = new SingletonDemo01();
    private SingletonDemo01() {
        System.out.println("SingletonDemo01初始化");
    }
    public static SingletonDemo01 getInstance() {
        System.out.println("getInstance");
        return singletonDemo01;
    }
    public static void main(String[] args) {
        SingletonDemo01 s1 = SingletonDemo01.getInstance();
        SingletonDemo01 s2 = SingletonDemo01.getInstance();
        System.out.println(s1 == s2);//结果为ture
    }
 
}

//懒汉式
public class SingletonDemo02 {
    //类初始化时，不会初始化该对象，真正需要使用的时候才会创建该对。
    private static SingletonDemo02 singletonDemo02;
 
    private SingletonDemo02() {
    }
    public synchronized static SingletonDemo02 getInstance() {
        if (singletonDemo02 == null) {
            singletonDemo02 = new SingletonDemo02();
        }
        return singletonDemo02;
    }
 
    public static void main(String[] args) {
        SingletonDemo02 s1 = SingletonDemo02.getInstance();
        SingletonDemo02 s2 = SingletonDemo02.getInstance();
        System.out.println(s1 == s2);//结果为true
    }
}

//静态内部类方式
public class SingletonDemo03 {
    private SingletonDemo03() {
           System.out.println("初始化..");
    }
 
    public static class SingletonClassInstance {
        private static final SingletonDemo03 singletonDemo03 = new SingletonDemo03();
    }
 
    // 方法没有同步
    public static SingletonDemo03 getInstance() {
        System.out.println("getInstance");
        return SingletonClassInstance.singletonDemo03;
    }
 
    public static void main(String[] args) {
        SingletonDemo03 s1 = SingletonDemo03.getInstance();
        SingletonDemo03 s2 = SingletonDemo03.getInstance();
        System.out.println(s1 == s2);//结果为true
    }
}
//优势：兼顾了懒汉模式的内存优化（使用时才初始化）以及饿汉模式的安全性（不会被反射入侵）。
//劣势：需要两个类去做到这一点，虽然不会创建静态内部类的对象，但是其 Class 对象还是会被创建，而且是属于永久带的对象。

//枚举单例式
public class User {
    public static User getInstance() {
        return SingletonDemo04.INSTANCE.getInstance();
    }
 
    private static enum SingletonDemo04 {
        INSTANCE;
        // 枚举元素为单例
        private User user;
 
        private SingletonDemo04() {
            System.out.println("SingletonDemo04");
            user = new User();
        }
 
        public User getInstance() {
            return user;
        }
    }
 
    public static void main(String[] args) {
        User u1 = User.getInstance();
        User u2 = User.getInstance();
        System.out.println(u1 == u2);//结果为true
    }
}

//双重检测方式
public class SingletonDemo04 {
    private SingletonDemo04 singletonDemo04;
 
    private SingletonDemo04() {
 
    }
 
    public SingletonDemo04 getInstance() {
        if (singletonDemo04 == null) {
            synchronized (this) {
                if (singletonDemo04 == null) {
                    singletonDemo04 = new SingletonDemo04();
                }
            }
        }
        return singletonDemo04;
    }
 
}

优点：

• 在单例模式中，活动的单例只有一个实例，对单例类的所有实例化得到的都是相同的一个实例。这样就 防止其它对象对自己的实例化，确保所有的对象都访问一个实例。 
• 单例模式具有一定的伸缩性，类自己来控制实例化进程，类就在改变实例化进程上有相应的伸缩性。
• 提供了对唯一实例的受控访问。
• 由于在系统内存中只存在一个对象，因此可以 节约系统资源，当 需要频繁创建和销毁的对象时单例模式无疑可以提高系统的性能。
• 允许可变数目的实例。
• 避免对共享资源的多重占用。

缺点：

• 不适用于变化的对象，如果同一类型的对象总是要在不同的用例场景发生变化，单例就会引起数据的错误，不能保存彼此的状态。
• 由于单利模式中没有抽象层，因此单例类的扩展有很大的困难。
• 单例类的职责过重，在一定程度上违背了“单一职责原则”。
• 滥用单例将带来一些负面问题，如为了节省资源将数据库连接池对象设计为的单例类，可能会导致共享连接池对象的程序过多而出现连接池溢出；如果实例化的对象长时间不被利用，系统会认为是垃圾而被回收，这将导致对象状态的丢失。

注意事项：

• 使用时不能用反射模式创建单例，否则会实例化一个新的对象。
• 使用懒单例模式时注意线程安全问题。
• 单例模式和懒单例模式构造方法都是私有的，所以不能被继承，有些单例模式可以被继承（如登记式模式）。

应用场景：
单例模式只允许创建一个对象，因此节省内存，加快对象访问速度，因此对象需要被公用的场合适合使用。

• 多个模块使用同一个数据源连接对象。
• 需要频繁实例化然后销毁的对象。
• 创建对象时耗时过多或者耗资源过多，但又经常用到的对象。
• 有状态的工具类对象。
• 频繁访问数据库或文件的对象。
• 资源共享的情况下，避免由于资源操作时导致的性能或损耗等。如日志文件，应用配置。
• 控制资源的情况下，方便资源之间的互相通信。如线程池。

举例：

• 外部资源：每台计算机有若干个打印机，但只能有一个PrinterSpooler，以避免两个打印作业同时输出到打印机。
• 内部资源：大多数软件都有一个（或多个）属性文件存放系统配置，这样的系统应该有一个对象管理这些属性文件。
• Windows的TaskManager（任务管理器）就是典型的单例模式，想想看，你能同时打开两个windows task manager吗？ 
• windows的Recycle Bin（回收站）也是典型的单例模式。在整个系统运行过程中，回收站一直维护着仅有的一个实例。
• 网站的计数器，一般也是采用单例模式实现，否则难以同步。
• 应用程序的日志应用，一般都是使用单例模式实现，因为共享的日志文件一直处于打开状态，因此只能有一个实例去操作，否则不方便追加内容。
• Web应用的配置对象的读取，一般也应用单例模式，因为配置文件是共享的资源。
• 数据库连接池的设计一般是采用单例模式，因为数据库连接是一种数据库资源。数据库软件系统中使用数据库连接池，主要是节省打开或者关闭数据库连接所引起的效率损耗，这种效率上的损耗还是非常昂贵的，使用单例模式来维护，可以大大降低这种损耗。
• 多线程的线程池的设计一般也是采用单例模式，因为线程池要方便对池中的线程进行控制。
• 操作系统的文件系统，也是单例模式实现的具体例子，一个操作系统只能有一个文件系统。