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设计模式（3）单例模式.md

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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。

主要解决：一个全局使用的类频繁地创建与销毁。

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（比如管理学院首页页面缓存）。
  • 避免对资源的多重占用（比如写文件操作）。

**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。

使用场景：

  • 要求生产唯一序列号。
  • WEB 中的计数器，不用每次刷新都在数据库里加一次，用单例先缓存起来。
  • 创建的一个对象需要消耗的资源过多，比如 I/O 与数据库的连接等。

单例模式有以下特点：

  • 单例类只能有一个实例。
  • 单例类必须自己创建自己的唯一实例。
  • 单例类必须给所有其他对象提供这一实例。

注意：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。

单例模式的几种实现方式

单例模式实现有 5 种方式，如：懒汉式、饿汉式、双检锁/双重校验锁、登记式/静态内部类、枚举式

**经验之谈：**一般情况下，不建议使用懒汉方式，建议使用饿汉方式。只有在要明确实现 lazy loading 效果时，才会使用登记方式。如果涉及到反序列化创建对象时，可以尝试使用第 6 种枚举方式。如果有其他特殊的需求，可以考虑使用第 4 种双检锁方式。

需要思考的问题

  • 为什么说饿汉式单例天生就是线程安全的？
  • 传统的懒汉式单例为什么是非线程安全的？
  • 怎么修改传统的懒汉式单例，使其线程变得安全？
  • 线程安全的单例的实现还有哪些，怎么实现？

立即加载和延迟加载

  • 立即加载 ： 在类加载初始化的时候就主动创建实例，如饿汉式单例；
  • 延迟加载 ： 等到真正使用的时候才去创建实例，不用时不去主动创建，如懒汉式单例。

实现

懒汉式

懒汉式是一种线程不安全，且延迟加载的实现方式；如果没有加锁 synchronized，所以严格意义上它并不算单例模式。这里分别实现以下：

不安全型懒汉式

**线程不安全，且立即加载的实现方式，**这种方式 lazy loading 很明显，不要求线程安全，在多线程不能正常工作。

public class Singleton1 {
   private static Singleton1 instance;
   private Singleton1() {}
   public static Singleton1 getInstance() {
      if (instance == null) {
         instance = new Singleton1();
      }
      return instance;
   }
}

安全型懒汉式

**线程安全，且延迟加载的实现方式，**这种方式具备很好的 lazy loading，能够在多线程中很好的工作，但是，效率很低，99% 情况下不需要同步。

优点：第一次调用才初始化，避免内存浪费。

缺点：必须加锁 synchronized 才能保证单例，但加锁会影响效率。

public class Singleton2 {
   private static Singleton2 instance;
   private Singleton2() {}
   public static synchronized Singleton2 getInstance() {
      if (instance == null) {
         instance = new Singleton2();
      }
      return instance;
   }
}

饿汉式

线程安全，且立即加载的实现方式，这种方式比较常用，但容易产生垃圾对象。

优点：没有加锁，执行效率会提高。

缺点：类加载时就初始化，浪费内存。

它基于 classloader 机制避免了多线程的同步问题，不过，instance 在类装载时就实例化，虽然导致类装载的原因有很多种，在单例模式中大多数都是调用 getInstance 方法， 但是也不能确定有其他的方式（或者其他的静态方法）导致类装载，这时候初始化 instance 显然没有达到 lazy loading 的效果。

public class Singleton3 {
   private static Singleton3 instance = new Singleton3();
   private Singleton3() {}
   public static  Singleton3 getInstance() {
      return instance;
   }
}

双检索/双重校验锁

**线程安全，且延迟加载的实现方式，**这种方式采用双锁机制，安全且在多线程情况下能保持高性能。

这种方式使用到了 volatile 和 synchronized 修饰

public class Singleton4 {
   private volatile static Singleton4 instance ;
   private Singleton4() {}
   public static Singleton4 getInstance() {
      if (instance == null) {
         synchronized (Singleton4.class) {
            if (instance == null) {
               instance = new Singleton4();
            }
         }
      }
      return instance;
   }
}

登记式/静态内部类

**线程安全，且延迟加载的实现方式，**这种方式能达到双检锁方式一样的功效，但实现更简单。对静态域使用延迟初始化，应使用这种方式而不是双检锁方式。这种方式只适用于静态域的情况，双检锁方式可在实例域需要延迟初始化时使用。

public class Singleton5 {
   private static class SingletonHolder {
      private static final Singleton5 INSTANCE = new Singleton5();
   }

   private Singleton5() {}
   public static final Singleton5 getInstance() {
      return SingletonHolder.INSTANCE;
   }
}

枚举

**线程安全，且立即加载的实现方式，**这种实现方式还没有被广泛采用，但这是实现单例模式的最佳方法。它更简洁，自动支持序列化机制，绝对防止多次实例化。

JVM会保证枚举类构造方法绝对只调用一次，所以保证了对象实例的唯一性。

public enum SingletonEnum {
   INSTANCE;
   public SingletonEnum getInstance(){
      return INSTANCE;
   }
}

完整范例;

class Resource{
}
public enum SingletonEnum {
   INSTANCE;
   private Resource instance;
   SingletonEnum() {
      instance = new Resource();
   }
   public Resource getInstance() {
      return instance;
   }
}

资料参考