设计模式之单例模式

　　一、设计模式

　　今天开始学习总结设计模式，首先GOF23种设计模式是国外“F4”总结的“经验之谈”，它其实是一种思想，用以在实际开发中对项目构建的一种参考，在一定程度上使用设计模式能够对程序有很大的提升，提升程序的性能、扩展性、可维护行等等，但是也要避免陷入“过度设计”的局面，这样就适得其反了，所以掌握好真正的精髓和思想就尤为重要了。

　　二、单例模式

　　都说单例模式是设计模式中最简单的几种设计模式之一，但是感觉要理解每一步的细节也并没有那么简单。

• 目的：保证一个类仅有一个实例，并提供一个访问它的全局访问点。减少系统不断创建、销毁该对象的性能开销。
• 做法：私有化构造方法，让该类自己提供实例，外部访问全局访问点，有实例则返回，无则创建。同时需要确保线程安全。

　　单例模式的实现有多种方式：懒汉式、饿汉式、双检锁式、静态内部类式（登记式）、枚举式，下面来一一说明这些实现方式的优缺点及实现的代码：

1. 懒汉式

   public class Singleton1 {
   
       private static Singleton1 instance;
       
       //私有化构造函数
       private Singleton1() {}
       
       public static synchronized Singleton1 getIntance() {
           
           if(instance==null) {
               instance = new Singleton1();
           }
           
           return instance;
       }
   }

   所谓懒汉式，主要特点就是对对象进行懒加载，也叫延迟加载，即在调用该类的getInstance方法时再进行创建对象。优点是在需要该实例的时候再进行创建，减少内存开销，因为作为单例对象，在创建的过程中往往需要消耗比其他对象更多的系统资源。缺点是调用的效率会低，因为创建对象需要一定的时间，并且为了保证线程安全加了synchronized关键字进行加锁，也降低了时间效率。

2. 饿汉式

   /**
    * 单例模式之饿汉式 ：线程安全（jvm保证在类加载过程只产生一个对象），
    * 调用效率高，但不是延迟加载
    * @author Administrator
    *
    */
   public class Singleton2 {
   
       private static Singleton2 instance = new Singleton2();
       
       //私有化构造函数
       private Singleton2() {
   
       }
       public static Singleton2 getInstance() {
       
           return instance;
       }
   }

   饿汉式在类声明对象属性的过程中就进行了创建对象，根据classLoader机制，保证了线程安全只会创建一个实例。可以看到饿汉式的实现过程相对简单且线程安全，但是并没有延迟加载。

3. 双检锁（双重检验锁）

   /**
    * 单例模式之双检锁:线程安全、延迟加载，但调用效率低
    * @author Administrator
    *
    */
   public class Singleton3 {
   
       private static volatile Singleton3 instance;
       
       private Singleton3() {}
       
       public static Singleton3 getInstance() {
           
           if(instance==null) {//可能同时有多个线程进入到该语句，在此处等待进入
               synchronized(Singleton3.class) {
                   if(instance==null) {//二次校验，可能上一个获取锁的线程已经创建好了实例，故不需要再次创建
                       instance = new Singleton3();
                   }
               }
           }
           return instance;
       }
   }

   首先我们可以看到，双检锁是属于懒汉式的一种升级版，因为将synchronized关键字的范围缩小了，不必每次调用getInstance方法都需要同步，提高了调用时的效率。实现细节上可看代码注释。

4. 静态内部类式

   /**
    * 单例模式之静态内部类实现：线程安全，延迟加载，调用效率高
    * @author Administrator
    *
    */
   public class Singleton4 {
   
       private static class SingletonHolder{
           private static final Singleton4 instance = new Singleton4();
       }
       
       private Singleton4() {}
       
       public static final Singleton4 getInstance() {
           
           return SingletonHolder.instance;
       }
   }

   静态内部类应该是前面几种方式中的最佳实践，它既通过classLoader机制保证了实例化对象时的线程安全，跟饿汉式相比，它还具有延迟加载的功能，我们知道饿汉式在类被装载时就会就会初始化静态的变量和方法，而静态内部类的方式只有显示的调用getInstance方法后才会实例化单例对象，所以做到了懒加载。我们需要注意的是，往往实例化我们要的单例对象是很消耗系统资源的，所以我们想在我们想要实例化的时候在进行实例化，而不是类被装载、类调用其他静态方法时而实例化单例对象，所以使用静态内部类的方式更加合理。

5. 枚举式

   public enum Singleton5 {
   
       //该实例代表单例对象
       INSTANCE;
       
       //单例对象可以有自己的操作
       public void SingletonOperation() {
           //自己的操作
       }
       
   }

   这种实现方式还没有被广泛采用，但这是实现单例模式的最佳方法。它更简洁，自动支持序列化机制，绝对防止多次实例化。
   这种方式是 Effective Java 作者 Josh Bloch 提倡的方式，它不仅能避免多线程同步问题，而且还自动支持序列化机制，防止反序列化重新创建新的对象，绝对防止多次实例化。不过，由于 JDK1.5 之后才加入 enum 特性，用这种方式写不免让人感觉生疏，在实际工作中，也很少用。
   不能通过 reflection attack 来调用私有构造方法。

　　　　从上面的这段话中我们知道，单例模式的常用实现方式存在着安全漏洞，即通过反射机制和反序列化可以实例化多个不同的对象。那我们该如何去防止和处理这两个漏洞呢？我们的做法是首先实现序列化接口，然后再通过readResolve方法返回我们的实例，这样可以解决反序列化问题。通过再私有的构造方法中判断对象是否存在，已存在则抛异常的方式解决反射的问题：以下是静态内部类实现的方法解决相应问题

public class Singleton4 implements Serializable{

    private static class SingletonHolder{
        private static final Singleton4 instance = new Singleton4();
    }
    
    private Singleton4() {
        if(SingletonHolder.instance!=null) {
            throw new RuntimeException("can only create one object");
        }
    }
    
    public static final Singleton4 getInstance() {
        
        return SingletonHolder.instance;
    }
    
    public Object readResolve() throws Exception{
        return SingletonHolder.instance;
    }
}

具体的细节可以参考该博客：https://blog.csdn.net/hardwin/article/details/51477359。

　　以上就是我总结的设计模式之单例模式，如果有写的不对的地方，欢迎评论指出。