設(shè)計(jì)動機(jī)
正如其名，單例模式保證一個類只有一個實(shí)例严拒，那么為什么需要設(shè)計(jì)單例模式？
對一些類來說竖独，只有一個實(shí)例是很重要的裤唠，例如一臺電腦只應(yīng)該由一個文件系統(tǒng)，生產(chǎn)廠商不應(yīng)該為一臺電腦配置兩個文件系統(tǒng)莹痢；一個應(yīng)用應(yīng)該有一個專屬的日志對象种蘸，而不應(yīng)該一會兒寫到這里一會兒寫到那里；一個程序中往往只有一個線程池竞膳，由一個線程池管理線程航瞭，而不應(yīng)該使用多個線程池，那樣會使得線程亂套并且難以維護(hù)坦辟；在抽象工廠中刊侯，具體的工廠類也只應(yīng)該存在一個......
諸如此類的要求，我們都需要保證一個類只有一個實(shí)例锉走，此時便可以使用單例模式滨彻。
設(shè)計(jì)
我們必須要防止用戶實(shí)例化多個對象，解決辦法是讓類自己保存它的唯一實(shí)例挪蹭，并將構(gòu)造函數(shù)對外隱藏亭饵，并暴露特定靜態(tài)方法返回唯一實(shí)例，這樣用戶將無法自己實(shí)例化多個對象而只能通過類對外暴露的靜態(tài)方法獲取唯一實(shí)例梁厉。
代碼示例
假設(shè)需求如下：一個應(yīng)用程序的全局狀態(tài)中需要同一個日志對象辜羊。
一、懶漢模式
懶漢模式并不直接初始化實(shí)例词顾，而是等到實(shí)例被使用時才初始化它八秃，避免不必要的資源浪費(fèi)。
//日志文件類
class LogFile {
//唯一實(shí)例
private static LogFile logFile = null;
//構(gòu)造方法對外隱藏
private LogFile(){};
//對外暴露的方法
public static LogFile getInstance() {
//懶漢模式
if (logFile == null) {
logFile = new LogFile();
}
return logFile;
}
}
public class Test {
public static void main(String[] args) {
var s1 = LogFile.getInstance();
var s2 = LogFile.getInstance();
System.out.println(s1 == s2); //輸出true肉盹，產(chǎn)生的是同一個對象
}
}
這里的代碼在單線程中運(yùn)行良好昔驱，logFile屬于臨界區(qū)資源，因此這樣的寫法是線程不安全的垮媒，一開始實(shí)例為null舍悯，線程A執(zhí)行完if判斷句后在執(zhí)行logFile = new LogFile()前被調(diào)度到線程B，此時線程B看到的實(shí)例也為空睡雇，因?yàn)锳還沒有初始化萌衬，所以線程B初始化實(shí)例，當(dāng)回到線程A時它抱，線程A將繼續(xù)執(zhí)行構(gòu)造logFile的語句秕豫，此時logFile已經(jīng)被初始化兩次了，它們A與B拿到的已經(jīng)不是同一個實(shí)例了。
一個簡單的解決辦法是為它們上鎖：
public static LogFile getInstance() {
synchronized (LogFile.class) {
//懶漢模式
if (logFile == null) {
logFile = new LogFile();
}
}
return logFile;
}
但是這樣上鎖效率太低了混移，還不如采用餓漢式祠墅，因?yàn)榧磿r當(dāng)logFile不為空時，多個線程也必須排隊(duì)獲取實(shí)例歌径，而事實(shí)上并不需要排隊(duì)毁嗦，當(dāng)logFile不為空時，多個線程應(yīng)當(dāng)可以同時獲取logFile實(shí)例回铛，因?yàn)樗鼈儍H僅只是讀取實(shí)例而并不會更改實(shí)例狗准，共享讀是線程安全的。
一個更好的解決辦法是采用雙重檢查鎖定：
public static LogFile getInstance() {
if (logFile == null) {
synchronized (LogFile.class) {
//懶漢模式
if (logFile == null) {
logFile = new LogFile();
}
}
}
return logFile;
}
通過在外層加一重判斷茵肃，我們解決了上述所說的問題腔长，現(xiàn)在代碼的效率已經(jīng)夠高了——僅僅在最開始的階段才會涉及到加鎖。
注意验残，上面的代碼仍然是線程不安全的捞附，如果要想線程安全，我們必須為logFile實(shí)例的聲明加上volatile關(guān)鍵字您没，即：
private volatile static LogFile logFile;
要想理解這一點(diǎn)鸟召，我們必須要理解new一個對象的過程，大致的過程如下：
- 申請內(nèi)存空間紊婉，對空間內(nèi)字段采用默認(rèn)初始化(此時對象為null)药版。
- 調(diào)用類的構(gòu)造方法辑舷，進(jìn)行初始化(此時對象為null)喻犁。
- 返回地址(執(zhí)行完成后對象不為null)。
如果不加volatile關(guān)鍵字何缓，Java虛擬機(jī)可能在保證可串行化的前提下發(fā)生指令重排肢础，即虛擬機(jī)可能先執(zhí)行第3步再執(zhí)行第2步(比較罕見的)，初始化對象時虛擬機(jī)考慮的僅僅只是單線程的情況碌廓，此時的指令重排并不會影響到單線程的運(yùn)行传轰，因此為了加快速度，指令重排這種情況是可能出現(xiàn)的谷婆。
如果從多線程角度來看慨蛙，如果發(fā)生了指令重排，線程A在new對象時執(zhí)行第一部后先執(zhí)行了第三步纪挎，此時對象已經(jīng)不為null了期贫，但是對象還沒被構(gòu)造好，雖然這個時候線程A還持有鎖异袄，但這對線程B毫無影響——線程B闖入發(fā)現(xiàn)對象不為null而直接拿走一個還未構(gòu)造完全的對象實(shí)例——根本不會通過第一層判斷而申請鎖通砍。
加上volatile關(guān)鍵字可以保證可見性并且禁止指令重排。
但從解決問題的角度來看，我們還有更好的解決辦法——靜態(tài)內(nèi)部類：
//日志文件類
class LogFile {
//實(shí)例交給靜態(tài)內(nèi)部類保管
private static class LazyHolder {
private static LogFile logFile = new LogFile();
}
//構(gòu)造方法對外隱藏
private LogFile(){};
//對外暴露的方法
public static LogFile getInstance() {
return LazyHolder.logFile;
}
}
public class Test {
public static void main(String[] args) {
var s1 = LogFile.getInstance();
var s2 = LogFile.getInstance();
System.out.println(s1 == s2); //輸出true封孙，產(chǎn)生的是同一個對象
}
}
靜態(tài)內(nèi)部類的效果是最好的迹冤，靜態(tài)內(nèi)部類只有在其成員變量或方法被引用時才會加載，也就是說只有當(dāng)我們第一次訪問類的時候?qū)嵗艜怀跏蓟瓿苫⒓桑覀儗?shí)例委托給靜態(tài)內(nèi)部類幫忙初始化泡徙，虛擬機(jī)對靜態(tài)內(nèi)部類的加載是線程安全的，我們避免自己采用上鎖機(jī)制而委托給虛擬機(jī)膜蠢，這樣的效率是非常高的锋勺。
懶漢式可以避免無用垃圾對象的產(chǎn)生——只有在它們使用時才初始化它，但我們也必須為此多編寫一些代碼來保證它的安全性狡蝶，如果某個類并不是很常用的話庶橱，使用懶漢式可以一定程度的節(jié)約資源。
二贪惹、餓漢式
餓漢式模式在加載時便初始化單例苏章，使得用戶獲取時實(shí)例已經(jīng)被初始化。
//日志文件類
class LogFile {
//唯一實(shí)例
private static LogFile logFile = new LogFile();
//構(gòu)造方法對外隱藏
private LogFile(){};
//對外暴露的方法
public static LogFile getInstance() {
return logFile;
}
}
public class Test {
public static void main(String[] args) {
var s1 = LogFile.getInstance();
var s2 = LogFile.getInstance();
System.out.println(s1 == s2); //輸出true奏瞬，產(chǎn)生的是同一個對象
}
}
餓漢式是線程安全的枫绅，因?yàn)閘ogFile已經(jīng)被初始完成，因此餓漢式比懶漢式效率更高硼端，但與此同時并淋，如果實(shí)例在全局都沒用上的話，餓漢式模式將會產(chǎn)生垃圾從而消耗資源珍昨。
優(yōu)缺點(diǎn)總結(jié)
主要優(yōu)點(diǎn):
提供了對唯一實(shí)例的受控訪問县耽。
系統(tǒng)中內(nèi)存只存在一個對象，節(jié)約系統(tǒng)的的資源镣典。
單例模式可以允許可變的數(shù)目的實(shí)例兔毙。
主要缺點(diǎn):
可擴(kuò)展性比較差。
單例類兄春，職責(zé)過重澎剥，在一定程度上違背了"單一職責(zé)原則"。
濫用單例將帶來一些負(fù)面的問題赶舆，如為了節(jié)省資源將數(shù)據(jù)庫連接池對象設(shè)計(jì)為單例類哑姚，可能會導(dǎo)致共享連接池對象的程序過多而出現(xiàn)的連接池溢出(大家都用一個池子，可能池子吃不消)芜茵，如果實(shí)例化對象長時間不用系統(tǒng)就會被認(rèn)為垃圾對象被回收叙量，這將導(dǎo)致對象狀態(tài)丟失。
