單例模式
單例模式（Singleton Pattern）是 Java 中最簡(jiǎn)單的設(shè)計(jì)模式之一。這種類型的設(shè)計(jì)模式屬于創(chuàng)建型模式，它提供了一種創(chuàng)建對(duì)象的最佳方式土铺。
這種模式涉及到一個(gè)單一的類吭净，該類負(fù)責(zé)創(chuàng)建自己的對(duì)象，同時(shí)確保只有單個(gè)對(duì)象被創(chuàng)建常遂。這個(gè)類提供了一種訪問(wèn)其唯一的對(duì)象的方式，可以直接訪問(wèn)挽荠，不需要實(shí)例化該類的對(duì)象克胳。
注意：
- 1、單例類只能有一個(gè)實(shí)例圈匆。
- 2漠另、單例類必須自己創(chuàng)建自己的唯一實(shí)例。
- 3跃赚、單例類必須給所有其他對(duì)象提供這一實(shí)例笆搓。
介紹
意圖：保證一個(gè)類僅有一個(gè)實(shí)例，并提供一個(gè)訪問(wèn)它的全局訪問(wèn)點(diǎn)纬傲。
主要解決：一個(gè)全局使用的類頻繁地創(chuàng)建與銷毀满败。
何時(shí)使用：當(dāng)您想控制實(shí)例數(shù)目，節(jié)省系統(tǒng)資源的時(shí)候叹括。
如何解決：判斷系統(tǒng)是否已經(jīng)有這個(gè)單例算墨，如果有則返回，如果沒有則創(chuàng)建汁雷。
關(guān)鍵代碼：構(gòu)造函數(shù)是私有的净嘀。
應(yīng)用實(shí)例： 1、一個(gè)黨只能有一個(gè)書記侠讯。 2挖藏、Windows 是多進(jìn)程多線程的，在操作一個(gè)文件的時(shí)候厢漩，就不可避免地出現(xiàn)多個(gè)進(jìn)程或線程同時(shí)操作一個(gè)文件的現(xiàn)象膜眠，所以所有文件的處理必須通過(guò)唯一的實(shí)例來(lái)進(jìn)行。 3溜嗜、一些設(shè)備管理器常常設(shè)計(jì)為單例模式宵膨，比如一個(gè)電腦有兩臺(tái)打印機(jī)，在輸出的時(shí)候就要處理不能兩臺(tái)打印機(jī)打印同一個(gè)文件粱胜。
優(yōu)點(diǎn)： 1柄驻、在內(nèi)存里只有一個(gè)實(shí)例，減少了內(nèi)存的開銷焙压，尤其是頻繁的創(chuàng)建和銷毀實(shí)例（比如管理學(xué)院首頁(yè)頁(yè)面緩存）鸿脓。 2抑钟、避免對(duì)資源的多重占用（比如寫文件操作）。
缺點(diǎn)：沒有接口野哭，不能繼承在塔，與單一職責(zé)原則沖突，一個(gè)類應(yīng)該只關(guān)心內(nèi)部邏輯拨黔，而不關(guān)心外面怎么樣來(lái)實(shí)例化蛔溃。
使用場(chǎng)景： 1、要求生產(chǎn)唯一序列號(hào)篱蝇。 2贺待、WEB 中的計(jì)數(shù)器，不用每次刷新都在數(shù)據(jù)庫(kù)里加一次零截，用單例先緩存起來(lái)麸塞。 3、創(chuàng)建的一個(gè)對(duì)象需要消耗的資源過(guò)多涧衙，比如 I/O 與數(shù)據(jù)庫(kù)的連接等哪工。
注意事項(xiàng)：getInstance() 方法中需要使用同步鎖 synchronized (Singleton.class) 防止多線程同時(shí)進(jìn)入造成 instance 被多次實(shí)例化。
實(shí)現(xiàn)
我們將創(chuàng)建一個(gè) SingleObject 類弧哎。SingleObject 類有它的私有構(gòu)造函數(shù)和本身的一個(gè)靜態(tài)實(shí)例雁比。
SingleObject 類提供了一個(gè)靜態(tài)方法，供外界獲取它的靜態(tài)實(shí)例撤嫩。SingletonPatternDemo偎捎，我們的演示類使用 SingleObject 類來(lái)獲取 SingleObject對(duì)象。
[圖片上傳中...(image-d9a951-1545462731509-0)]
步驟 1
創(chuàng)建一個(gè) Singleton 類非洲。
SingleObject.java
public class SingleObject { //創(chuàng)建 SingleObject 的一個(gè)對(duì)象 private static SingleObject instance = new SingleObject(); //讓構(gòu)造函數(shù)為 private鸭限，這樣該類就不會(huì)被實(shí)例化 private SingleObject(){} //獲取唯一可用的對(duì)象 public static SingleObject getInstance(){ return instance; } public void showMessage(){ System.out.println("Hello World!"); } }
步驟 2
從 singleton 類獲取唯一的對(duì)象蜕径。
SingletonPatternDemo.java
public class SingletonPatternDemo { public static void main(String[] args) { //不合法的構(gòu)造函數(shù) //編譯時(shí)錯(cuò)誤：構(gòu)造函數(shù) SingleObject() 是不可見的 //SingleObject object = new SingleObject(); //獲取唯一可用的對(duì)象 SingleObject object = SingleObject.getInstance(); //顯示消息 object.showMessage(); } }
步驟 3
執(zhí)行程序两踏，輸出結(jié)果：
<pre class="prettyprint prettyprinted" style="border-width: 1px 1px 1px 4px; border-style: solid; border-color: rgb(221, 221, 221); border-image: initial; margin: 15px auto; padding: 10px 15px; font: 400 12px/20px Menlo, Monaco, Consolas, "Andale Mono", "lucida console", "Courier New", monospace; white-space: pre-wrap; word-break: break-all; word-wrap: break-word; background: url("/images/codecolorer_bg.gif") center top rgb(251, 251, 251); color: rgb(51, 51, 51); letter-spacing: normal; orphans: 2; text-align: start; text-indent: 0px; text-transform: none; widows: 2; word-spacing: 0px; -webkit-text-stroke-width: 0px; text-decoration-style: initial; text-decoration-color: initial;">Hello World!</pre>
單例模式的幾種實(shí)現(xiàn)方式
單例模式的實(shí)現(xiàn)有多種方式，如下所示：
1兜喻、懶漢式梦染，線程不安全
是否 Lazy 初始化：是
是否多線程安全：否
實(shí)現(xiàn)難度：易
描述：這種方式是最基本的實(shí)現(xiàn)方式，這種實(shí)現(xiàn)最大的問(wèn)題就是不支持多線程朴皆。因?yàn)闆]有加鎖 synchronized帕识，所以嚴(yán)格意義上它并不算單例模式。
這種方式 lazy loading 很明顯遂铡，不要求線程安全肮疗，在多線程不能正常工作。
實(shí)例
public class Singleton { private static Singleton instance; private Singleton (){} public static Singleton getInstance() { if (instance == null) { instance = new Singleton(); } return instance; } }
接下來(lái)介紹的幾種實(shí)現(xiàn)方式都支持多線程扒接，但是在性能上有所差異伪货。
2们衙、懶漢式，線程安全
是否 Lazy 初始化：是
是否多線程安全：是
實(shí)現(xiàn)難度：易
描述：這種方式具備很好的 lazy loading碱呼，能夠在多線程中很好的工作蒙挑，但是，效率很低愚臀，99% 情況下不需要同步忆蚀。
優(yōu)點(diǎn)：第一次調(diào)用才初始化，避免內(nèi)存浪費(fèi)姑裂。
缺點(diǎn)：必須加鎖 synchronized 才能保證單例馋袜，但加鎖會(huì)影響效率。
getInstance() 的性能對(duì)應(yīng)用程序不是很關(guān)鍵（該方法使用不太頻繁）舶斧。
實(shí)例
public class Singleton { private static Singleton instance; private Singleton (){} public static synchronized Singleton getInstance() { if (instance == null) { instance = new Singleton(); } return instance; } }
3桃焕、餓漢式
是否 Lazy 初始化：否
是否多線程安全：是
實(shí)現(xiàn)難度：易
描述：這種方式比較常用，但容易產(chǎn)生垃圾對(duì)象捧毛。
優(yōu)點(diǎn)：沒有加鎖观堂，執(zhí)行效率會(huì)提高。
缺點(diǎn)：類加載時(shí)就初始化呀忧，浪費(fèi)內(nèi)存师痕。
它基于 classloader 機(jī)制避免了多線程的同步問(wèn)題，不過(guò)而账，instance 在類裝載時(shí)就實(shí)例化胰坟，雖然導(dǎo)致類裝載的原因有很多種，在單例模式中大多數(shù)都是調(diào)用 getInstance 方法泞辐， 但是也不能確定有其他的方式（或者其他的靜態(tài)方法）導(dǎo)致類裝載笔横，這時(shí)候初始化 instance 顯然沒有達(dá)到 lazy loading 的效果。
實(shí)例
public class Singleton { private static Singleton instance = new Singleton(); private Singleton (){} public static Singleton getInstance() { return instance; } }
4咐吼、雙檢鎖/雙重校驗(yàn)鎖（DCL吹缔，即 double-checked locking）
JDK 版本：JDK1.5 起
是否 Lazy 初始化：是
是否多線程安全：是
實(shí)現(xiàn)難度：較復(fù)雜
描述：這種方式采用雙鎖機(jī)制，安全且在多線程情況下能保持高性能锯茄。
getInstance() 的性能對(duì)應(yīng)用程序很關(guān)鍵厢塘。
實(shí)例
public class Singleton { private volatile static Singleton singleton; private Singleton (){} public static Singleton getSingleton() { if (singleton == null) { synchronized (Singleton.class) { if (singleton == null) { singleton = new Singleton(); } } } return singleton; } }
5、登記式/靜態(tài)內(nèi)部類
是否 Lazy 初始化：是
是否多線程安全：是
實(shí)現(xiàn)難度：一般
描述：這種方式能達(dá)到雙檢鎖方式一樣的功效肌幽，但實(shí)現(xiàn)更簡(jiǎn)單晚碾。對(duì)靜態(tài)域使用延遲初始化，應(yīng)使用這種方式而不是雙檢鎖方式喂急。這種方式只適用于靜態(tài)域的情況格嘁，雙檢鎖方式可在實(shí)例域需要延遲初始化時(shí)使用。
這種方式同樣利用了 classloader 機(jī)制來(lái)保證初始化 instance 時(shí)只有一個(gè)線程廊移，它跟第 3 種方式不同的是：第 3 種方式只要 Singleton 類被裝載了糕簿，那么 instance 就會(huì)被實(shí)例化（沒有達(dá)到 lazy loading 效果）涣易，而這種方式是 Singleton 類被裝載了，instance 不一定被初始化冶伞。因?yàn)?SingletonHolder 類沒有被主動(dòng)使用新症，只有通過(guò)顯式調(diào)用 getInstance 方法時(shí)，才會(huì)顯式裝載 SingletonHolder 類响禽，從而實(shí)例化 instance徒爹。想象一下，如果實(shí)例化 instance 很消耗資源芋类，所以想讓它延遲加載隆嗅，另外一方面，又不希望在 Singleton 類加載時(shí)就實(shí)例化侯繁，因?yàn)椴荒艽_保 Singleton 類還可能在其他的地方被主動(dòng)使用從而被加載胖喳，那么這個(gè)時(shí)候?qū)嵗?instance 顯然是不合適的。這個(gè)時(shí)候贮竟，這種方式相比第 3 種方式就顯得很合理丽焊。
實(shí)例
public class Singleton { private static class SingletonHolder { private static final Singleton INSTANCE = new Singleton(); } private Singleton (){} public static final Singleton getInstance() { return SingletonHolder.INSTANCE; } }
6、枚舉
JDK 版本：JDK1.5 起
是否 Lazy 初始化：否
是否多線程安全：是
實(shí)現(xiàn)難度：易
描述：這種實(shí)現(xiàn)方式還沒有被廣泛采用咕别，但這是實(shí)現(xiàn)單例模式的最佳方法技健。它更簡(jiǎn)潔，自動(dòng)支持序列化機(jī)制惰拱，絕對(duì)防止多次實(shí)例化雌贱。
這種方式是 Effective Java 作者 Josh Bloch 提倡的方式，它不僅能避免多線程同步問(wèn)題偿短，而且還自動(dòng)支持序列化機(jī)制欣孤，防止反序列化重新創(chuàng)建新的對(duì)象，絕對(duì)防止多次實(shí)例化昔逗。不過(guò)降传，由于 JDK1.5 之后才加入 enum 特性，用這種方式寫不免讓人感覺生疏纤子，在實(shí)際工作中搬瑰，也很少用。
不能通過(guò) reflection attack 來(lái)調(diào)用私有構(gòu)造方法控硼。
實(shí)例
public enum Singleton { INSTANCE; public void whateverMethod() { } }
經(jīng)驗(yàn)之談：一般情況下，不建議使用第 1 種和第 2 種懶漢方式艾少，建議使用第 3 種餓漢方式卡乾。只有在要明確實(shí)現(xiàn) lazy loading 效果時(shí)，才會(huì)使用第 5 種登記方式缚够。如果涉及到反序列化創(chuàng)建對(duì)象時(shí)幔妨，可以嘗試使用第 6 種枚舉方式鹦赎。如果有其他特殊的需求，可以考慮使用第 4 種雙檢鎖方式误堡。
