设计模式-单例模式（Singleton Pattern）

1、介绍：

　　　单例模式（Singleton Pattern）： 所谓单例，就是整个程序有且仅有一个实例。该类负责创建自己的对象，同时确保只有一个对象被创建。

           场景： 频繁创建对象、管理对象是一件耗费资源的事，可以使用单例模式。

2、特点

• 类构造器私有
• 持有自己类型的属性
• 对外提供获取实例的静态方法

3、实现方式

　编写单例模式的代码其实很简单，就分了三步：

• 将构造函数私有化（禁止 new 对象）
• 在类的内部创建实例
• 提供获取唯一实例的方法

 

 

第一种（懒汉，线程不安全）：

public class Singleton {  
    private static Singleton instance;  
    private Singleton (){}  

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

 

第二种（懒汉，线程安全）：

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

 

这种写法能够在多线程中很好的工作，而且看起来它也具备很好的lazy loading，但是，遗憾的是，效率很低，99%情况下不需要同步。

第三种（饿汉）：

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

 

这种方式基于classloder机制，在深度分析Java的ClassLoader机制（源码级别）和Java类的加载、链接和初始化两个文章中有关于CLassload而机制的线程安全问题的介绍，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。

第四种（饿汉，变种）：

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

 

表面上看起来差别挺大，其实更第三种方式差不多，都是在类初始化即实例化instance。

第五种（静态内部类 ，推荐写法）：

高效

 

原理：
当任何一个线程第一次调用 getInstance()时，都会使 SingletonHolder 被加载和被初始化，此时静态初始化器将执行Singleton的初始化操作。(被调用时才进行初始化)

 

初始化静态数据时，Java 提供了的线程安全性保证(所以不需要任何的同步)

 

 

Demo1

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

 

Demo2  --- 高效

 

public class Krryblog {

  private Krryblog() {}

  // 使用内部类的方式来实现懒加载
  private static class LazyHolder {
    // 创建单例对象
    private static final Krryblog INSTANCE = new Krryblog();
  }

  // 获取对象
  public static final Krryblog getInstance() {
    return LazyHolder.INSTANCE;
  }
  
}

 

这种方式同样利用了classloder的机制来保证初始化instance时只有一个线程，它跟第三种和第四种方式不同的是（很细微的差别）：第三种和第四种方式是只要Singleton类被装载了，那么instance就会被实例化（没有达到lazy loading效果），而这种方式是Singleton类被装载了，instance不一定被初始化。因为SingletonHolder类没有被主动使用，只有显示通过调用getInstance方法时，才会显示装载SingletonHolder类，从而实例化instance。想象一下，如果实例化instance很消耗资源，我想让他延迟加载，另外一方面，我不希望在Singleton类加载时就实例化，因为我不能确保Singleton类还可能在其他的地方被主动使用从而被加载，那么这个时候实例化instance显然是不合适的。这个时候，这种方式相比第三和第四种方式就显得很合理。

第六种（枚举）： 

最安全、简洁写法，推荐写法

 

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

 

Demo 

public enum Krryblog {

  INSTANCE,

  private Resource resource;
  
  // 创建单例对象
  public Krryblog () {
    resource = new Resource();
  }

  // 获取单例对象
  public Resource getInstance() {
    return resource;
  }
}

Test

public class TestPattern {
 
  public static void main(String[] args) {
      Resource instance = Krryblog.INSTANCE.getInstance();
  }
}

 

这种方式是Effective Java作者Josh Bloch 提倡的方式，它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，可谓是很坚强的壁垒啊，在深度分析Java的枚举类型----枚举的线程安全性及序列化问题中有详细介绍枚举的线程安全问题和序列化问题，不过，个人认为由于1.5中才加入enum特性，用这种方式写不免让人感觉生疏，在实际工作中，我也很少看见有人这么写过。

第七种（双重校验锁）：

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;  
    }  
} 

总结

有两个问题需要注意：

1.如果单例由不同的类装载器装入，那便有可能存在多个单例类的实例。假定不是远端存取，例如一些servlet容器对每个servlet使用完全不同的类装载器，这样的话如果有两个servlet访问一个单例类，它们就都会有各自的实例。

2.如果Singleton实现了java.io.Serializable接口，那么这个类的实例就可能被序列化和复原。不管怎样，如果你序列化一个单例类的对象，接下来复原多个那个对象，那你就会有多个单例类的实例。

对第一个问题修复的办法是：

private static Class getClass(String classname)
throws ClassNotFoundException {
ClassLoader classLoader = Thread.currentThread().getContextClassLoader();

      if(classLoader == null)     
         classLoader = Singleton.class.getClassLoader();     

      return (classLoader.loadClass(classname));     
   }     
}  

 

对第二个问题修复的办法是：

public class Singleton implements java.io.Serializable {     
   public static Singleton INSTANCE = new Singleton();     

   protected Singleton() {     

   }     
   private Object readResolve() {     
            return INSTANCE;     
      }    
}