设计模式——单例模式

一、什么是单例模式

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（私有的构造器），这个类对外提供了唯一一种访问其实例的方式，对外只能够直接访问，不能实例化此类对象。例如，一台计算机上可以连接多台打印机，但是这个计算机上的打印程序只能有一个，这里就可以通过单例模式来避免两个打印作业同时输出到打印机中，即在整个的打印过程中只有一个打印程序的实例。

简单点说，单例模式（也叫单件模式）的作用就是保证在整个应用程序的生命周期中，任何时刻，单例类的实例都最多只存在一个。单例模式确保某一个类只有一个实例，而且自行实例化，并向整个系统提供这个实例单例模式。单例模式只应在有真正的“单一实例”需求时才可以使用。单例的类图如下：其中 uniqueInstance 持有唯一的单例实例，类方法 getInstance() 用来获取唯一的实例化对象。

      Singleton
——————————————————————
-static uniqueInstance
-other Attribute
——————————————————————
+static genInstance()()
+otherMethods()

二、8 种单例实现方式

【1】饿汉式（静态常量）优缺点：
 ● 优点：这种写法比较简单，就是在类装载的时候就完成实例化。避免了线程同步问题。没有加锁，执行效率会提高。
 ● 缺点：在类装载的时候就完成实例化，没有达到 Lazy Loading 的效果。如果从始至终从未使用过这个实例，则会造成内存浪费，容易产生垃圾对象。
 ● 这种方式基于 classload 机制避免了多线程同步问题，instance 在类装载时就实例化，在单例模式中大多数都是调用 getInstance 方法，但是导致类装载的原因有很多种，因此通过其他方式（或者其他静态方法）导致类装载，此时初始化 instance就没有达到 Lazy Loading 的效果。

public class SingleTon {
    //将构造器私有化,防止直接 New
    private SingleTon(){}
 
    //创建好一个私有的 SingleTon 实例
    private static SingleTon instance = new SingleTon();
 
    //提供一个 public 的静态方法, 可以返回 instance
    public static SingleTon getInstance() {
        return instance;
    }
}

【2】饿汉式（静态代码块）优缺点：
 ● 这种方式和上面的方式其实类似，只不过将类实例化的过程放在了静态代码块中，也是在类装载的时候，就执行静态代码块中的代码，初始化类的实例。优缺点和上面一样。
 ● 结论：这种单例模式可用，但可能造成内存浪费。

public class SingleTon {
    //将构造器私有化,防止直接 New
    private SingleTon(){}
 
    //创建好一个私有的 SingleTon 实例
    private static SingleTon instance;
    //静态块
    static {
        instance = new SingleTon();
    }
 
    //提供一个 public 的静态方法, 可以返回 instance
    public static SingleTon getInstance() {
        return instance;
    }
}

【3】懒汉式（线程不安全）优缺点：
 ● 起到了 Lazy Loading 的效果，但是只能在单线程下使用。
 ● 如果在多线程下，一个线程进入if(singleton == null)判断语句块，还未来得及创建，另一个线程也通过了上述判断语句，这时便产生了多个实例。所以在多线程环境下不可使用这种方式。
 ● 结论：在实际开发中，不要使用这种方法。

public class SingleTon {
    //将构造器私有化,防止直接 New
    private SingleTon(){}
 
    //创建好一个私有的 SingleTon 实例
    private static SingleTon instance;
 
    //提供一个 public 的静态方法, 可以返回 instance
    public static SingleTon getInstance() {
        if(instance == null) {
            instance = new SingleTon();
        }
        return instance;
    }
}

【4】懒汉式（线程安全，同步方法）优缺点：
 ● 解决了线程不安全问题。
 ● 效率太低了，每个线程在想获得类的实例的时候，执行 getInstance() 方法都要进行同步。而其实这个方法只执行一次实例化代码就够了，后面的想获得实例，直接 return 就够了。方法进行同步效率太低。
 ● 结论：在实际开发中不推荐使用。

public class SingleTon {
    //将构造器私有化,防止直接 New
    private SingleTon(){}
 
    //创建好一个私有的 SingleTon 实例
    private static SingleTon instance;
 
    //提供一个 public 的静态方法, 可以返回 instance
    public static synchronized SingleTon getInstance() {
        if(instance == null) {
            instance = new SingleTon();
        }
        return instance;
    }
}

【5】懒汉式（线程安全，同步代码块）优缺点：
 ● 这种方式，本意是想对第四种实现方式的改进，因为前面同步方法效率太低， 改为同步产生实例化的的代码块。
 ● 但是这种同步并不能起到线程同步的作用。跟第3种实现方式遇到的情形一致，假如一个线程进入了 if (singleton == null) 判断语句块，还未来得及往下执行，另一个线程也通过了这个判断语句，这时便会产生多个实例。
 ● 结论：在实际开发中，不能使用这种方式。

public class SingleTon {
    //将构造器私有化,防止直接 New
    private SingleTon(){}
 
    //创建好一个私有的 SingleTon 实例
    private static SingleTon instance;
 
    //提供一个 public 的静态方法, 可以返回 instance
    public static SingleTon getInstance() {
        if(instance == null) {
            //添加同步代码块，提高了效率，多线程时存在创建的对象不一致风险
            synchronized(SingleTon.class) {
                instance = new SingleTon();
            }
        }
        return instance;
    }
}

【6】双重检查（Double-Check）优缺点：
 ● 双重检查概念是多线程开发中常使用到的，如代码所示，我们进行了两次 if(instance == null) 检查，这样就确保了线程的安全，同时也提高了效率。
 ● 这样，实例化代码只用执行一次，后面再次访问时，判断 if(instance == null) ， 直接 return 实例化对象，也避免的反复进行方法同步。
 ● 线程安全；延迟加载；效率较高。
 ● 结论：在实际开发中，推荐使用这种单例设计模式。

public class SingleTon {
    //将构造器私有化,防止直接 New
    private SingleTon(){}
 
    //创建好一个私有的 SingleTon 实例
    private static volatile SingleTon instance;
 
    //提供一个 public 的静态方法, 可以返回 instance
    public static SingleTon getInstance() {
        //添加同步代码块,提高了效率.
        if(instance == null) {
            synchronized(SingleTon.class) {
                //解决多线程可能创建多个实例的情况
                if(instance == null) {
                    instance = new SingleTon();
                }
            }
        }
        return instance;
    }
}

【7】静态内部类优缺点：
 ● 这种方式采用了类加载器的机制来保证初始化实例时只有一个线程。
 ● 静态内部类方式在 SingleTon 类（父类）被装载时，不会导致内部类被装载，也就不会立即实例化，属于懒加载类型。当调用 getInstance() 方法时，才会装载 SingleTonInstance 类，从而完成 SingleTon 的实例化。
 ● 类的静态属性只会在第一次加载类的时候初始化，所以在这里，JVM 帮我们保证了线程的安全，在类初始化时，别的线程无法进入。
 ● 避免了线程不安全，利用静态内部类特点实现延迟加载，效率高。
 ● 结论：推荐使用。

public class SingleTon {
    //将构造器私有化,防止直接 New
    private SingleTon(){}
 
    //在内部内中创建一个对象的实例,当父类 SingleTon 加载时，内部类 SingleTonInstance 无需加载
    private static class SingleTonInstance{
        private static final SingleTon INSTANCE = new SingleTon();
    }
 
    //提供一个 public 的静态方法, 可以返回 SingleTon实例
    public static SingleTon getInstance() {
        return SingleTonInstance.INSTANCE;
    }
}

【8】枚举优缺点：
 ● 这借助JDK1.5中添加的枚举来实现单例模式。不仅能避免多线程同步问题，而且还能防止反序列化重新创建新的对象。
 ● 这种方式是Effective Java作者Josh Bloch 提倡的方式
 ● 结论：推荐使用

enum SingleTon {
    //当只有一个对象时,就是单例
    INSTANCE;
}

三、单例模式注意事项和细节

【1】单例模式保证了系统内存中该内只存在一个对象，节省了系统资源，对于一些需要频繁创建和销毁的对象，使用单例模式可以提高系统性能。
【2】当想实例化一个单例类的时候，必须要记住使用相应的获取对象的方法，而不是使用 new。
【3】单例模式使用场景：需要频繁的进行创建和销毁对象、创建对象时耗时过多或消耗过多资源（既重量级对象）但有常使用的对象、工具类对象、频繁访问数据库或文件的对象（比如数据源、session工厂等）。