java设计模式 -----单例设计模式

一. 简介

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。这个类提供了一种访问其唯一的对象的方式，可以直接访问，不需要实例化该类的对象。

二 . 介绍

意图： 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。

主要解决： 一个全局使用的类频繁地创建与销毁。

何时使用： 当您想控制实例数目，节省系统资源的时候。

如何解决： 判断系统是否已经有这个单例，如果有则返回，如果没有则创建。

关键代码： 构造函数是私有的

特点 ：

优点：在内存中只有一个实例，减少内存开销， 尤其是频繁的创建和销毁实例。

避免对资源的多重占用（比如文件读写操作）

缺点：没有接口，不能继承， 与单一职责原则冲突， 一个类应该只关心内部逻辑，而不关心外面怎么样实例化。

三 . 使用场景

  • 1、要求生产唯一序列号。
  • 2、WEB 中的计数器，不用每次刷新都在数据库里加一次，用单例先缓存起来。
  • 3、创建的一个对象需要消耗的资源过多，比如 I/O 与数据库的连接等。

注意事项： getInstance() 方法中需要使用同步锁 synchronized (Singleton.class) 防止多线程同时进入造成 instance 被多次实例化。

四 . 实现

1.饿汉式 线程安全

描述： 这种方式比较常用，但容易产生垃圾对象。
优点：没有加锁，执行效率会提高。
缺点：类加载时就初始化，浪费内存。
它基于 classloader 机制避免了多线程的同步问题，不过，instance 在类装载时就实例化，虽然导致类装载的原 因有很多种，在单例模式中大多数都是调用 getInstance 方法， 但是也不能确定有其他的方式（或者其他的静态方法）导致类装载，这时候初始化 instance 显然没有达到 lazy loading 的效果。

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

2.懒汉式 线程不安全

延迟加载就是调用get()方法时实例才被创建（先不急着实例化出对象，等要用的时候才给你创建出来。不着急，故又称为“懒汉模式”），常见的实现方法就是在get方法中进行new实例化。

优点：实现起来比较简单，当类SingletonTest被加载的时候，静态变量static的instance未被创建并分配内存空间，当getInstance方法第一次被调用时，初始化instance变量，并分配内存，因此在某些特定条件下会节约了内存。

缺点：在多线程环境中，这种实现方法是完全错误的，根本不能保证单例的状态。

public class SingletonTest {  
    private static SingletonTest instance;  
    private SingletonTest (){}  
  
    public static SingletonTest getInstance() {  
    if (instance == null) {  
        instance = new SingletonTest();  
    }  
    return instance;  
    }  
}

3 .懒汉式 线程安全

描述： 这种方式具备很好的 lazy loading，能够在多线程中很好的工作，但是，效率很低。
优点：第一次调用才初始化，避免内存浪费。
缺点：必须加锁 synchronized 才能保证单例，但加锁会影响效率。
getInstance() 的性能对应用程序不是很关键（该方法使用不太频繁）

public class SingletonTest {  
    private static SingletonTest instance;  
    private SingletonTest (){}  
    public static synchronized SingletonTest getInstance() {  
    if (instance == null) {  
        instance = new SingletonTest();  
    }  
    return instance;  
    }  
}

4.双重锁校验机制

线程安全，延迟初始化。这种方式采用双锁机制，安全且在多线程情况下能保持高性能。双重检查模式，进行了两次的判断，第一次是为了避免不要的实例，第二次是为了进行同步，避免多线程问题。由SingletonTest=new SingletonTest()对象的创建在JVM中可能会进行重排序，在多线程访问下存在风险，使用volatile修饰SingletonTest实例变量有效，解决该问题。

public class SingletonTest {  
    private volatile static SingletonTest singleton;  
    private SingletonTest (){}  
    public static SingletonTest getSingleton() {  
    if (singleton == null) {  
        synchronized (SingletonTest.class) {  
        if (singleton == null) {  
            singleton = new SingletonTest();  
        }  
        }  
    }  
    return singleton;  
    }  
}
  1. 静态内部类单例模式
    只有第一次调用getInstance方法时，虚拟机才加载 Inner 并初始化instance ，只有一个线程可以获得对象的初始化锁，其他线程无法进行初始化，保证对象的唯一性。目前此方式是所有单例模式中最推荐的模式，但具体还是根据项目选择。
public class SingletonTest { 
    private SingletonTest(){
    }
      public static SingletonTest getInstance(){  
        return Inner.instance;  
    }  
    private static class Inner {  
        private static final SingletonTest instance = new SingletonTest();  
    }  
}

6.枚举单例模式

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。

默认枚举实例的创建是线程安全的，并且在任何情况下都是单例。实际上

  • 枚举类隐藏了私有的构造器。
  • 枚举类的域 是相应类型的一个实例对象
public enum SingletonTest  {
    INSTANCE 
 
    //doSomething 该实例支持的行为
      
    //可以省略此方法，通过SingletonTest.INSTANCE进行操作
    public static SingletonTest get Instance() {
        return SingletonTest.INSTANCE;
    }
}