P31、面试题2：实现Singleton模式

题目：设计一个类，我们只能生成该类的一个实例

java中单例模式是一种常见的设计模式，单例模式分三种：懒汉式单例、饿汉式单例、登记式单例三种。

　　单例模式有以下特点：

　　1、单例类只能有一个实例。

　　2、单例类必须自己创建自己的唯一实例。

　　3、单例类必须给所有其他对象提供这一实例。

单例模式确保某个类只有一个实例，而且自行实例化并向整个系统提供这个实例。在计算机系统中，线程池、缓存、日志对象、对话框、打印机、显卡的驱动程序对象常被设计成单例。这些应用都或多或少具有资源管理器的功能。每台计算机可以有若干个打印机，但只能有一个Printer Spooler，以避免两个打印作业同时输出到打印机中。每台计算机可以有若干通信端口，系统应当集中管理这些通信端口，以避免一个通信端口同时被两个请求同时调用。总之，选择单例模式就是为了避免不一致状态，避免政出多头。

a、懒汉式单例

//懒汉式单例类.在第一次调用的时候实例化自己   

package com.yyq;
/**
 * Created by Administrator on 2015/9/4.
 */
public class Singleton {
    private Singleton(){} //私有的默认构造方法，因此无法使用构造方法实例化
    private static Singleton single = null;    //注意，这里没有final
    public static Singleton getInstance(){    //静态工厂方法
        if(single == null)
            single = new Singleton();
        return single;
    }
}

Singleton通过将构造方法限定为private避免了类在外部被实例化，在同一个虚拟机范围内，Singleton的唯一实例只能通过getInstance()方法访问。

（事实上，通过Java反射机制是能够实例化构造方法为private的类的，那基本上会使所有的Java单例实现失效。此问题在此处不做讨论，姑且掩耳盗铃地认为反射机制不存在。）

但是以上懒汉式单例的实现没有考虑线程安全问题，它是线程不安全的，并发环境下很可能出现多个Singleton实例，下面介绍的饿汉式单例是线程安全的。

b、饿汉式单例

//饿汉式单例类.在类初始化时，已经自行实例化  

 package com.yyq;
/**
 * Created by Administrator on 2015/9/4.
 */
public class Singleton {
    private Singleton(){} //私有的默认构造方法，因此无法使用构造方法实例化
    private static final Singleton SINGLE= new Singleton();    //注意，这里有final
    public static Singleton getInstance(){    //静态工厂方法
        return SINGLE;
    }
}

饿汉式在类创建的同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。

C、登记式单例

//类似Spring里面的方法，将类名注册，下次从里面直接获取。

import java.util.HashMap;
import java.util.Map;

/**
 * Created by Administrator on 2015/9/4.
 */
public class Singleton {
    private static Map<String,Singleton> map = new HashMap<String,Singleton>();
    static {
        Singleton single = new Singleton();
        map.put(single.getClass().getName(),single);
    }
    //保护的默认构造方法
    protected Singleton(){}
    public static Singleton getInstance(String name){
        if(name == null || name == ""){
            name = Singleton.class.getName();
            System.out.println("name == null" +"-->name"+name);
        }
        if(map.get(name) == null){
            try{
                map.put(name,(Singleton) Class.forName(name).newInstance());
            }catch (InstantiationException e){
                e.printStackTrace();
            }catch (IllegalAccessException e){
                e.printStackTrace();
            }catch (ClassNotFoundException e){
                e.printStackTrace();
            }
        }
        return map.get(name);
    }
    public String about(){
        return "Hello, I am RegSingleton";
    }
    public static void main(String[] args) {
        Singleton single = Singleton.getInstance(null);
        System.out.println(single.about());
    }
}

登记式单例实际上维护了一组单例类的实例，将这些实例存放在一个Map（登记薄）中，对于已经登记过的实例，则从Map直接返回，对于没有登记的，则先登记，然后返回。 

饿汉式和懒汉式区别

这两种乍看上去非常相似，其实是有区别的，主要两点

1、线程安全：

饿汉式是线程安全的，可以直接用于多线程而不会出现问题，懒汉式就不行，它是线程不安全的，如果用于多线程可能会被实例化多次，失去单例的作用。

如果要把懒汉式用于多线程，有两种方式保证安全性，一种是在getInstance方法上加同步，另一种是在使用该单例方法前后加双锁。

2、资源加载：

饿汉式在类创建的同时就实例化一个静态对象出来，不管之后会不会使用这个单例，会占据一定的内存，相应的在调用时速度也会更快，

而懒汉式顾名思义，会延迟加载，在第一次使用该单例的时候才会实例化对象出来，第一次掉用时要初始化，如果要做的工作比较多，性能上会有些延迟，之后就和饿汉式一样了。

什么是线程安全？

如果你的代码所在的进程中有多个线程在同时运行，而这些线程可能会同时运行这段代码。如果每次运行结果和单线程运行的结果是一样的，而且其他的变量的值也和预期的是一样的，就是线程安全的。

或者说：一个类或者程序所提供的接口对于线程来说是原子操作，或者多个线程之间的切换不会导致该接口的执行结果存在二义性,也就是说我们不用考虑同步的问题，那就是线程安全的。

应用

以下是一个单例类使用的例子，以懒汉式为例：

package com.yyq;

/**
 * Created by Administrator on 2015/9/4.
 */
public class Singleton {
    String name = null;
    private Singleton(){}
    private static Singleton instance = null;
    public static Singleton getInstance(){
        if(instance == null)
            instance = new Singleton();
        return instance;
    }
    public String getName(){
        return this.name;
    }
    public void setName(String name){
        this.name = name;
    }
    public void printInfo(){
        System.out.println("The name is "+this.name);
    }

    public static void main(String[] args) {
        Singleton ts1 = Singleton.getInstance();
        ts1.setName("Demo01");
        Singleton ts2 = Singleton.getInstance();
        ts2.setName("Demo02");
        ts1.printInfo();
        ts2.printInfo();
        if(ts1 == ts2)
             System.out.println("创建的是同一个实例");
        else
            System.out.println("创建的不是同一个实例");
    }
}

输出结果：

The name is Demo02

The name is Demo02

创建的是同一个实例