设计模式之单例模式

前言

设计模式是人们在日常工作中总结出来的一些好的设计方式。用于指导人们能够写出优雅（可扩展，好维护）的代码。

也能让自己心情愉快。

简介

单例模式是一种比较简单的模式。定义为确保某一个类只有一个是实例，而且自行实例化并向整个系统提供这个实例。

例子

饿汉式：

public class Singleton {
    private static final Singleton singeleton = new Singleton();
    // 私有对象可限制new多个对象
    private Singleton(){}
    
    public static Singleton getSingeleton(){
        return singeleton;
    }
    
}

优点：

1. 线程安全
2. 实现简单

缺点：

1. 不是懒加载，在加载类时就会被初始化。即使该类你没有被使用。
2. 如果实例依赖参数则无法实现

懒汉式 线程不安全（不推荐）

public class Singleton {
    private static Singleton instance;
    private Singleton (){}

    public static Singleton getInstance() {
     if (instance == null) {
         instance = new Singleton();
     }
     return instance;
    }
}

优点：

1. 实现了懒加载，在单线程下在使用时才能正确创建实例

缺点：

1. 虽然使用了懒加载，但是有个严重问题。在多个线程并行调用getInstance()时会创建多个实例。这样在这个充满多线程开发的web应用下是很不可取的。所以不推荐这种用法。

懒汉式 线程安全（双重检验锁模式）

使用同步块枷锁的方式来保证线程安全，为何双重判断？当有多个线程同时进入第一个if的时候。如果此时未实例化，则会只有一个线程进入同步代码块，其他代码块将会等待，然后进入第二个。如果该线程在获取锁后已经实例化就跳过实例化，所以存在第二重判断空。

public static Singleton getSingleton() {
    if (instance == null) {                       
        synchronized (Singleton.class) {
            if (instance == null) {              
                instance = new Singleton();
            }
        }
    }
    return instance ;
}

以上代码看着很完美，但是它存在一个问题。instance = new Singleton();就是这个

他并非一个原子操作。这句在jvm中做了三件事情

1. 分配内存
2. 调用构造函数初始化成员变量
3. 分配内存空间（instance ！=null）

由于jvm在编译时存在指令重排序的优化，也就是第二步和第三步有可能被交换。这样就会出现先分配空间在初始化。这时如果有线程到了第一个if就会错误的得到instanc！=null的并没有初始化的实例。如果使用没有初始化的实例则会报错。

解决方案为添加volatile关键字来防止指令的重排

优化后的代码：

public class Singleton {
    private volatile static Singleton instance; //声明成 volatile
    private Singleton (){}

    public static Singleton getSingleton() {
        if (instance == null) {                         
            synchronized (Singleton.class) {
                if (instance == null) {       
                    instance = new Singleton();
                }
            }
        }
        return instance;
    }
   
}

优点：

1. 实现了懒加载
2. 线程安全

缺点：

1. 代码较复杂而且还隐含jvm问题，不容易理解，一不小心容易犯错
2. java5以前的版本volatile有缺陷无法避免重排序
3. 存在同步代码块，性能上可能不如其他方式

懒汉式，静态内部类（懒汉式加载推荐）

《Effective Java》上推荐

public class Singleton {  
    private static class SingletonHolder {  
        private static final Singleton INSTANCE = new Singleton();  
    }  
    private Singleton (){}  
    public static final Singleton getInstance() {  
        return SingletonHolder.INSTANCE; 
    }  
}

优点：

1. 懒加载
2. 线程安全
3. 读取实例不同步，性能比双重校验好

缺点：

1. 基本无缺点，真要说缺点就是不出名

小结

就一般而言，直接使用饿汉式即可，如果要求使用懒加载推荐使用静态内部类。

为何要使用单列模式

优点：

1. 单例模式在内存中，只有一个实例，减少内存开支。
2. 当一个对象的产生需要比较多资源时，如读取配置可以通过启动时实现一个单例对象来解决
3. 避免对资源的多重占用，避免对一个资源文件的同时写操作

缺点：

1. 没有接口，扩展难
2. 对测试不理
3. 与单一职责原则冲突

使用场景

1. 要求生成巍译序列号的环境
2. 整个项目需要一个共享访问点或共享数据，如web页面计数器，使用单例可以保持计数器的值
3. 创建一个对象需要消耗资源过多，如访问IO和数据库