Java设计模式--单例模式

单例模式

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。

Singleton Pattern

Ensure a class only has one instance, and provide a global point of access to it.

类图

模式的结构与使用

单例方法模式的结构中包括一种角色。

• 单件类（Singleton）：单件类只可以创建出一个实例。

java中单例模式是一种常见的设计模式，单例模式的写法有好几种，这里主要介绍三种：

• 懒汉式单例
• 饿汉式单例
• 登记式单例

简单的例子

懒汉式单例.java

package Singleton;

/**
 * @author yxx
 * 懒汉式单例类，在第一次调用的时候实例化自己
 */
public class Singleton {
	private Singleton(){}
	private static Singleton single = null;
	//静态工厂方法
	public static Singleton getInstance() {
		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，要实现线程安全，有以下三种方式，都是对getInstance这个方法改造，保证了懒汉式单例的线程安全，如果你第一次接触单例模式，对线程安全不是很了解，可以先跳过下面这三小条，去看饿汉式单例，等看完后面再回头考虑线程安全的问题。

在getInstance方法上加同步

package Singleton;

/**
 * @author yxx
 * 懒汉式单例类，在第一次调用的时候实例化自己
 * 在getInstance方法上加同步
 */
public class SingletonSynchronized {
	private SingletonSynchronized(){}
	private static SingletonSynchronized single = null;
	//静态工厂方法
	public static synchronized SingletonSynchronized getInstance() {
		if (single == null) {
			single = new SingletonSynchronized();
		}
		return single;
	}
}

双重检查锁定

package Singleton;

/**
 * @author yxx
 * 懒汉式单例类，在第一次调用的时候实例化自己
 * 双重检查锁定
 */
public class SingletonDoubleChecked {
	private SingletonDoubleChecked(){}
	private static SingletonDoubleChecked single = null;
	//静态工厂方法
	public static SingletonDoubleChecked getInstance() {
		if (single == null) {
			synchronized (SingletonDoubleChecked.class) {
				if (single == null) {
					single = new SingletonDoubleChecked();
				}
			}
		}
		return single;
	}
}

静态内部类，既实现了线程安全，又避免了同步带来的性能影响

package Singleton;

/**
 * @author yxx
 * 懒汉式单例类，在第一次调用的时候实例化自己
 * 既实现了线程安全，又避免了同步带来的性能影响
 */
public class SingletonStatic {    
    private static class LazyHolder {    
       private static final SingletonStatic INSTANCE = new SingletonStatic();    
    }    
    private SingletonStatic (){}    
    public static final SingletonStatic getInstance() {    
       return LazyHolder.INSTANCE;    
    }    
}

饿汉式单例模式

package Singleton;

/**
 * @author yxx
 * 饿汉式单例类，在类初始化时，已经自行实例化
 */
public class Singleton2 {
	private Singleton2() {}

	private static final Singleton2 single = new Singleton2();

	// 静态工厂方法
	public static Singleton2 getInstance() {
		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，所以天生是线程安全的。

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。

这里我对登记式单例标记了可忽略，我的理解来说，首先它用的比较少，另外其实内部实现还是用的饿汉式单例，因为其中的static方法块，它的单例在类被装载的时候就被实例化了。

饿汉式和懒汉式区别

从名字上来说，饿汉和懒汉，饿汉就是类一旦加载，就把单例初始化完成，保证getInstance的时候，单例是已经存在的了，而懒汉比较懒，只有当调用getInstance的时候，才回去初始化这个单例。另外从以下两点再区分以下这两种方式：
1、线程安全：
饿汉式天生就是线程安全的，可以直接用于多线程而不会出现问题，懒汉式本身是非线程安全的，为了实现线程安全有几种写法，分别是上面的1、2、3，这三种实现在资源加载和性能方面有些区别。
2、资源加载和性能：
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，都会占据一定的内存，但是相应的，在第一次调用时速度也会更快，因为其资源已经初始化完成，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，第一次调用时要做初始化，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。

至于1、2、3这三种实现又有些区别，
第1种，在方法调用上加了同步，虽然线程安全了，但是每次都要同步，会影响性能，毕竟99%的情况下是不需要同步的，
第2种，在getInstance中做了两次null检查，确保了只有第一次调用单例的时候才会做同步，这样也是线程安全的，同时避免了每次都同步的性能损耗
第3种，利用了classloader的机制来保证初始化instance时只有一个线程，所以也是线程安全的，同时没有性能损耗，所以一般我倾向于使用这一种。

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。

单例模式的优点

• 单例类的唯一实例由单例类本身控制，所以可以很好地控制用户何时访问它。

适用单例模式的情景

• 当系统需要某个类只能有一个实例。

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