单例模式

[Java 单例模式详解]

概念：
　　java中单例模式是一种常见的设计模式，单例模式分三种：懒汉式单例、饿汉式单例、登记式单例三种。
　　单例模式有一下特点：
　　1、单例类只能有一个实例。
　　2、单例类必须自己自己创建自己的唯一实例。
　　3、单例类必须给所有其他对象提供这一实例。
　　单例模式确保某个类只有一个实例，而且自行实例化并向整个系统提供这个实例。在计算机系统中，线程池、缓存、日志对象、对话框、打印机、显卡的驱动程序对象常被设计成单例。这些应用都或多或少具有资源管理器的功能。每台计算机可以有若干个打印机，但只能有一个Printer Spooler，以避免两个打印作业同时输出到打印机中。每台计算机可以有若干通信端口，系统应当集中管理这些通信端口，以避免一个通信端口同时被两个请求同时调用。总之，选择单例模式就是为了避免不一致状态，避免政出多头。

1.饿汉式单例类

 1 //饿汉式单例类.在类初始化时，已经自行实例化 
 2 public class Singleton1 {
 3     //私有的默认构造子
 4     private Singleton1() {}
 5     //已经自行实例化 
 6     private static final Singleton1 single = new Singleton1();
 7     //静态工厂方法 
 8     public static Singleton1 getInstance() {
 9         return single;
10     }
11 }

2.懒汉式单例类

 1 //懒汉式单例类.在第一次调用的时候实例化 
 2 public class Singleton2 {
 3     //私有的默认构造子
 4     private Singleton2() {}
 5     //注意，这里没有final    
 6     private static Singleton2 single=null;
 7     //静态工厂方法 
 8     public synchronized  static Singleton2 getInstance() {
 9          if (single == null) {  
10              single = new Singleton2();
11          }  
12         return single;
13     }
14 }

上面的做法很简单，就是将整个获取实例的方法同步，

这样在一个线程访问这个方法时，其它所有的线程都要处于挂起等待状态，

倒是避免了刚才同步访问创造出多个实例的危险，但是我只想说，这样的设计实在是糟糕透了，这样会造成很多无谓的等待

懒汉式双重加锁

public class StudentDaoImpl implements StudentDao{
    private static StudentDaoImpl instance =null; 
    private StudentDaoImpl(){}
    public static StudentDaoImpl getInstance(){
        if (instance == null){
            synchronized (Object.class){
                if (instance == null){
                    instance = new StudentDaoImpl();
                }
            }
        }
        return instance;
    }

}

这种做法与上面那种最无脑的同步做法相比就要好很多了，因为我们只是在当前实例为null，也就是实例还未创建时才进行同步，否则就直接返回，这样就节省了很多无谓的线程等待时间，值得注意的是在同步块中，我们再次判断了synchronizedSingleton是否为null，解释下为什么要这样做。

​ 假设我们去掉同步块中的是否为null的判断，有这样一种情况，假设A线程和B线程都在同步块外面判断了synchronizedSingleton为null，结果A线程首先获得了线程锁，进入了同步块，然后A线程会创造一个实例，此时synchronizedSingleton已经被赋予了实例，A线程退出同步块，直接返回了第一个创造的实例，此时B线程获得线程锁，也进入同步块，此时A线程其实已经创造好了实例，B线程正常情况应该直接返回的，但是因为同步块里没有判断是否为null，直接就是一条创建实例的语句，所以B线程也会创造一个实例返回，此时就造成创造了多个实例的情况。

​ 经过刚才的分析，貌似上述双重加锁的示例看起来是没有问题了，但如果再进一步深入考虑的话，其实仍然是有问题的。

​ 如果我们深入到JVM中去探索上面这段代码，它就有可能（注意，只是有可能）是有问题的。

​ 因为虚拟机在执行创建实例的这一步操作的时候，其实是分了好几步去进行的，也就是说创建一个新的对象并非是原子性操作。在有些JVM中上述做法是没有问题的，但是有些情况下是会造成莫名的错误。

​ 首先要明白在JVM创建新的对象时，主要要经过三步。

​ 1.分配内存

​ 2.初始化构造器

​ 3.将对象指向分配的内存的地址

​ 这种顺序在上述双重加锁的方式是没有问题的，因为这种情况下JVM是完成了整个对象的构造才将内存的地址交给了对象。但是如果2和3步骤是相反的（2和3可能是相反的是因为JVM会针对字节码进行调优，而其中的一项调优便是调整指令的执行顺序），就会出现问题了。

​ 因为这时将会先将内存地址赋给对象，针对上述的双重加锁，就是说先将分配好的内存地址指给synchronizedSingleton，然后再进行初始化构造器，这时候后面的线程去请求getInstance方法时，会认为synchronizedSingleton对象已经实例化了，直接返回一个引用。如果在初始化构造器之前，这个线程使用了synchronizedSingleton，就会产生莫名的错误。

所以我们在语言级别无法完全避免错误的发生，我们只有将该任务交给JVM，所以有一种比较标准的单例模式。如下所示。

package com.oneinstance;

public class InnerClassSingleton {
    
    public static Singleton getInstance(){
        return Singleton.singleton;
    }

    private static class Singleton{
        
        protected static Singleton singleton = new Singleton();
        
    }
}

​ 首先来说一下，这种方式为何会避免了上面莫名的错误，主要是因为一个类的静态属性只会在第一次加载类时初始化，这是JVM帮我们保证的，所以我们无需担心并发访问的问题。所以在初始化进行一半的时候，别的线程是无法使用的，因为JVM会帮我们强行同步这个过程。另外由于静态变量只初始化一次，所以singleton仍然是单例的。

​ 上面这种写法是我们使用静态的内部类作为单例，这样不太符合我们的习惯。所以我们改为以下形式。

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

3.登记式单例类

 1 import java.util.HashMap;
 2 import java.util.Map;
 3 //登记式单例类.
 4 //类似Spring里面的方法，将类名注册，下次从里面直接获取。
 5 public class Singleton3 {
 6     private static Map<String,Singleton3> map = new HashMap<String,Singleton3>();
 7     static{
 8         Singleton3 single = new Singleton3();
 9         map.put(single.getClass().getName(), single);
10     }
11     //保护的默认构造子
12     protected Singleton3(){}
13     //静态工厂方法,返还此类惟一的实例
14     public static Singleton3 getInstance(String name) {
15         if(name == null) {
16             name = Singleton3.class.getName();
17             System.out.println("name == null"+"--->name="+name);
18         }
19         if(map.get(name) == null) {
20             try {
21                 map.put(name, (Singleton3) Class.forName(name).newInstance());
22             } catch (InstantiationException e) {
23                 e.printStackTrace();
24             } catch (IllegalAccessException e) {
25                 e.printStackTrace();
26             } catch (ClassNotFoundException e) {
27                 e.printStackTrace();
28             }
29         }
30         return map.get(name);
31     }
32     //一个示意性的商业方法
33     public String about() {    
34         return "Hello, I am RegSingleton.";    
35     }    
36     public static void main(String[] args) {
37         Singleton3 single3 = Singleton3.getInstance(null);
38         System.out.println(single3.about());
39     }
40 }