04、Java模式 单例模式

单例模式

单例（Singleton）模式的定义：指一个类只有一个实例，且该类能自行创建这个实例的一种模式。

单例模式有 3 个特点：

单例类只有一个实例对象；

该单例对象必须由单例类自行创建；

单例类对外提供一个访问该单例的全局访问点

单例模式的有点和缺点

单例模式的优点：

• 单例模式可以保证内存里只有一个实例，减少了内存的开销。
• 可以避免对资源的多重占用。
• 单例模式设置全局访问点，可以优化和共享资源的访问。

单例模式的缺点：

• 单例模式没有接口，扩展困难。如果要扩展，则除了修改原来的代码，没有第二种途径，违背开闭原则。
• 在并发测试中，单例模式不利于代码调试。
• 单例模式的功能代码通常写在一个类中，如果功能设计不合理，则很容易违背单一职责原则。

单例模式的结构如下图所示：

单例模式实现

Singleton 模式通常有两种实现形式：懒汉式和饿汉式。

懒汉式单例

该模式的特点是类加载时没有生成单例，只有当第一次调用 getlnstance 方法时才去创建这个单例。代码如下：

public class LazySingleton {
    // //保证 instance 在所有线程中同步
    private static volatile LazySingleton instance;
    private LazySingleton(){
        // 在类中私有化构造函数，避免外部实例化
    }
    public static synchronized LazySingleton getInstance(){
        if (instance == null){
            instance = new LazySingleton();
        }
        return instance;
    }
}

注意：多线程情况下需要加volatile 和 synchronized关键字，否则导致线程安全问题。（同步会影响性能）

饿汉式单例

该模式的特点是类一旦加载就创建一个单例，保证在调用 getInstance 方法之前单例已经存在了。

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

注意：饿汉式在类创建时就已经创建好一个静态的对象供系统使用，以后不再改变，所以是线程安全的。

多例模式

单例模式可扩展为有限的多例（Multitcm）模式，这种模式可生成有限个实例并保存在 ArrayList 中，客户需要时可随机获取。

当存在这样的类，只需要有限数量实例的情况下，可以使用多例 。

代码示例如下：

public class Multiton {
    private static List<Multiton> list = new ArrayList<>();
    private static final int MAX_VALUE = 10;
    static {
        for (int i = 0; i < MAX_VALUE; i++) {
            list.add(new Multiton(i));
        }
    }
    // 私有构造函数，避免外部创建
    private Multiton(int i){ }

    public static Multiton getRandomInstance(){
        int value = (int) (Math.random() * MAX_VALUE);
        return list.get(value);
    }
}

在main函数中的使用方法如下：

public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        Multiton randomInstance1 = Multiton.getRandomInstance();
        Multiton randomInstance2 = Multiton.getRandomInstance();
        // 产生十个实例，相等的可能性比较小
        boolean isEquals = randomInstance1 == randomInstance2 ? true : false;
        System.out.println(isEquals);
    }
}

注意：多例模式可以控制类的实例数量，提高效率，但是也提高了实例的维护复杂度。