设计模式-1-单例模式

单例模式

单例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。

[案例] 比如 Hibernate 的SessionFactory，它充当数据存储源的代理，并负责创建 Session 对象。SessionFactory并不是轻量级的，一般情况下，一个项目通常只需要一个 SessionFactory 就够，这是就会使用到单例模式。

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。

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耗费资源过多(即：重量级对象)，但又经常用到的对象、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)

优点：

• 在内存里只有一个实例，减少了内存的开销，尤其是频繁的创建和销毁实例
• 避免对资源的多重占用

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来实例化。

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。

单例模式八种方式

1. **饿汉式(静态常量)**
2. **饿汉式(静态代码块)**
3. 懒汉式(线程不安全)
4. 懒汉式(线程安全，同步方法)
5. 懒汉式(线程安全，同步代码块)
6. **双重检查**
7. **静态内部类 **
8. **枚举**

饿汉式（静态常量）

1. 构造器私有化 (防止 new )

2. 类的内部创建对象

3. 向外暴露一个静态的公共方法 getInstance

class Singleton {
    // 构造器私有化, 防止外部new对象
    private Singleton() {    
    }
    
    // 本类内部创建对象实例
    private final static Singleton instance = new Singleton();
    
    // 提供公有的静态方法，返回实例对象
    public static Singleton getInstance() {
    	return instance;
    }
}

// test
Singleton instance = Singleton.getInstance();
Singleton instance2 = Singleton.getInstance();
System.out.println(instance == instance2); // true

• 优点：写法简单，在类装载的时完成实例化，避免了线程同步问题
• 缺点：在类装载的时候就完成实例化，没有达到懒加载的效果。如果从始至终从未使用过这个实例，则会造成内存的浪费
• 结论：可用但可能造成内存浪费

饿汉式（静态代码块）

class Singleton {

    private Singleton() {
    }

    private static Singleton instance;
    
    static { // 在静态代码块中，创建单例对象
    	instance = new Singleton();
    }
    
    public static Singleton getInstance() {
    	return instance;
    }
}

• 与静态常量方式其实类似，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。优缺点和上面是一样的
• 结论：可用但可能造成内存浪费

懒汉式（线程不安全）

class Singleton {
    private static Singleton instance;
    
    private Singleton() {}
    
    // 提供一个静态的公有方法，当使用到该方法时，才去创建 instance，即懒汉式
    public static Singleton getInstance() {
        if(instance == null) {
        	instance = new Singleton();
        }
        return instance;
    }
}

• 到懒加载[用到再加载]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，还没来得及往下执行，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。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，不要使用这种方式.

懒汉式（线程安全，同步方法）

class Singleton {
    private static Singleton instance;
    
    private Singleton() {}
    
    // 提供一个静态的公有方法，加入同步处理的代码，解决线程安全问题,即懒汉式
    public static synchronized Singleton getInstance() {
        if(instance == null) {
        	instance = new Singleton();
        }
        return instance;
    }
}

• 解决了线程安全问题
• 效率太低，每个线程在想获得类的实例时，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，后面的想获得该类实例，直接 return 就行了。方法进行同步效率太低
• 结论：在实际开发中，不推荐使用这种方式

懒汉式（线程安全，同步代码块）

public class Singleton {
    
    private static Singleton instance;

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

• 因为同步方法效率太低，改为同步产生实例化的代码块
• 但这种同步不能起到线程同步的作用。假设一个线程进入if判断语句块，还没来得及往下执行，另一个线程也通过了该判断语句块，此时会产生多个实例
• 结论：实际开发中，不能使用该方式

双重检查

class Singleton {
    private static volatile Singleton instance;
    
    private Singleton() {}
    // 提供一个静态的公有方法，加入双重检查代码，解决线程安全问题, 同时解决懒加载问题
    // 同时保证了效率, 推荐使用
    public static synchronized Singleton getInstance() {
        if(instance == null) {
        	synchronized (Singleton.class) {
                if(instance == null) {
                    instance = new Singleton();
                }
        	}
        }
    return instance;
    }
}

• Double-Check 概念是多线程开发中常使用到的，如代码中所示，进行两次if (singleton == null)检查，这样就可以保证线程安全
• 这样，实例化代码只用执行一次，后面再次访问时，判断 if (singleton == 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

静态内部类

public class Singleton {

    private Singleton() {}

    // 写一个静态内部类,该类中有一个静态属性 Singleton
    private static class SingletonInstance {
        private static final Singleton INSTANCE = new Singleton();
    }

    // 提供一个静态的公有方法，直接返回 SingletonInstance.INSTANCE
    public static Singleton getInstance() {
        return SingletonInstance.INSTANCE;
    }
}

• 采用类装载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 类被装载时并不会立即实例化，而是在需要实例化时，调用getInstance 方法，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 帮助我们保证了线程的安全性，在类进行初始化时，别的线程是无法进入的。
• 优点：保证线程安全性，利用静态内部类特点实现延迟加载，效率高
• 结论：推荐使用

枚举

// 使用枚举，可以实现单例, 推荐
enum Singleton {
    INSTANCE; // 属性
    public void sayOK() {
    	System.out.println("ok~");
    }
}

• 借助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
• 结论：推荐使用