设计模式-单例模式

单例模式(Singleton)也叫单态模式，是设计模式中最为简单的一种模式，甚至有些模式大师都不称其为模式，称其为一种实现技巧，因为设计模式讲究对象之间的关系的抽象，而单例模式只有自己一个对象，也因此有些设计大师并把把其称为设计模式之一。

使用场景

许多时候整个系统只需要拥有一个全局对象，这样有利于我们协调系统整体的行为。实际场景又哪些？如下

1. Windows的Task Manager（任务管理器）就是很典型的单例模式。我们是不能打开两个 windows task manager。
2. windows的Recycle Bin（回收站）也是典型的单例应用。在整个系统运行过程中，回收站一直维护着仅有的一个实例。
3. 网站的计数器，通常采用单例模式实现，否则难以同步。
4. 应用程序的日志应用，一般都何用单例模式实现，这一般是由于共享的日志文件一直处于打开状态，因为只能有一个实例去操作，否则内容不好追加。
5. Web应用的配置对象的读取，一般也应用单例模式，这个是由于配置文件是共享的资源。
6. 多线程的线程池的设计一般也是采用单例模式，这是由于线程池要方便对池中的线程进行控制。
7. 数据库连接池的设计一般也是采用单例模式，因为数据库连接是一种数据库资源。数据库软件系统中使用数据库连接池，主要是节省打开或者关闭数据库连接所引起的效率损耗，这种效率上的损耗还是非常昂贵的，因为何用单例模式来维护，就可以大大降低这种损耗。
8. 工具类对象。

总结一下：单例模式一般发生在一下情况：

（1）资源共享，避免由于资源操作导致的性能或者损耗。

（2）控制资源的情况下，资源见的相互通信。如线程池。

基本实现思路

单例模式要求类永远只返回一个对象引用和一个获得该实例的方法（必须是静态方法，通常使用 getInstance 这个名称）。网上又很多种写法，但是有的写法是有问题的这种我就不展示了，只记住正确的。

实现思路主要以下步骤：

• 将该类的构造方法定义私有方法，这样其他地方就不能通过该类的构造方法来任意实例化该类的对象，只有通过该类提供的 getInstance 静态方法获取。
• 提供一个静态方法，如果该类持有的引用不为空则返回这个引用，否则就创建该类的实例并将实例赋值给引用。

单例模式写法

1. 饿汉式 （静态常量）【可用】

优点：写法简单，类加载的时候就完成实例化。避免了多线程实例化的同步问题。

缺点：在类加载的时候就实例化，没有达到 Lazy Loanding 的思想。假如至始至终没有使用这个实例们就会造成内存浪费。

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

2. 懒汉式（通过同步方法）【不推荐使用】

缺点：通过 synchronized 同步实现多线程的安全问题，但是效率太低了，每个线程获取实例的时候都要同步，只需要在初始化的时候同步即可，后面可以直接 return 而不需要同步。

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

3. 双重检验（Double Check）【可使用】

volatile 修饰 singleton 变量，主要防止指令重排：

要在于instance = new Singleton()这句，这并非是一个原子操作，事实上在 JVM 中这句话大概做了下面 3 件事情。 给 instance 分配内存 调用 Singleton 的构造函数来初始化成员变量 将instance对象指向分配的内存空间（执行完这步 instance 就为非 null 了） 但是在 JVM 的即时编译器中存在指令重排序的优化。也就是说上面的第二步和第三步的顺序是不能保证的，最终的执行顺序可能是 1-2-3 也可能是 1-3-2。如果是后者，则在 3 执行完毕、2 未执行之前，被线程二抢占了，这时 instance 已经是非 null 了（但却没有初始化），所以线程二会直接返回 instance，然后使用，然后顺理成章地报错。

优点：线程安全，也实现了延迟加载。同时效率也高，非空判断然后再同步，同步的代码块再判断非空创建。

public class Singleton {
    private static volatile Singleton singleton;
    private Singleton() {}
    public static Singleton getInstance() {
        if (singleton == null) {
            synchronized (Singleton.class) {
                if (singleton == null) {
                    singleton = new Singleton();
                }
            }
        }
        return singleton;
    }
}

4. 静态内部类【可使用】

跟饿汉式一样通过类加载机制初始化保证只有一个线程保证安全。但是饿汉式没有实现懒加载。

静态内部类实现了懒加载，当Singleton加载时并不立即实例化 INSTANCE。而是在调用 getInstance() 方法才会 加载 SingletonHolder类从而完成 Singleton 的实例化。

优点：避免了线程安全问题，延迟加载，效率高。

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

5. 枚举 【可使用】

利用枚举特性，不仅避免多线程同步问题，还能防止序列化重新创建对象。实例就是我们的 INSTANCE

INSTANCE.method();

public enum Singleton {
    INSTANCE;
    public void method() {
    }
}