设计模式之单例模式

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。在Java，一般常用在工具类的实现或创建对象需要消耗资源。

一、简述

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

单例模式的优点

1、单例模式内存中只有一个实例，减少内存开支，一个对象需要频繁的创建和销毁。使用单例模式具有很大的优势。

2、单例只生成一个实例，减少系统的性能开销。

3、单例模式可以在避免对资源的多重占用。

4、单例模式可以在系统设置全局的访问点，优化和共享资源访问。

单例模式的缺点

1、单例模式一般没有接口，扩展很困难。
2、单例对测试不利
3、单例与单一职责原则有冲突。

单例的使用场景

1、要求生成唯一序列号的环境
2、在整个项目中需要一个共享访问点或访问数据
3、创建一个对象需要消耗的资源过多
4、需要定义大量的静态常量和静态方法。

二、单例的五种实现

1、懒汉模式

线程不安全，延迟初始化，严格意义上不是不是单例模式

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

2、饿汉模式

线程安全，比较常用，但容易产生垃圾，因为一开始就初始化

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

3、双重锁模式

线程安全，延迟初始化。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。

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;  
    }  
}

　　双重检查模式，进行了两次的判断，第一次是为了避免不要的实例，第二次是为了进行同步，避免多线程问题。由于singleton=new Singleton()对象的创建在JVM中可能会进行重排序，在多线程访问下存在风险，使用volatile修饰signleton实例变量有效，解决该问题。

4、静态内部类单例模式

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

　　只有第一次调用getInstance方法时，虚拟机才加载 Inner 并初始化instance ，只有一个线程可以获得对象的初始化锁，其他线程无法进行初始化，保证对象的唯一性。目前此方式是所有单例模式中最推荐的模式，但具体还是根据项目选择。

5、枚举单例模式

默认枚举实例的创建是线程安全的，并且在任何情况下都是单例。实际上

• 枚举类隐藏了私有的构造器。
• 枚举类的域 是相应类型的一个实例对象
  那么枚举类型日常用例是这样子的：

public enum Singleton  {
    INSTANCE 
 
    //doSomething 该实例支持的行为
      
    //可以省略此方法，通过Singleton.INSTANCE进行操作
    public static Singleton get Instance() {
        return Singleton.INSTANCE;
    }
}

　　枚举单例模式在《Effective Java》中推荐的单例模式之一。但枚举实例在日常开发是很少使用的，就是很简单以导致可读性较差。
在以上所有的单例模式中，推荐静态内部类单例模式。主要是非常直观，即保证线程安全又保证唯一性。
众所周知，单例模式是创建型模式，都会新建一个实例。那么一个重要的问题就是反序列化。当实例被写入到文件到反序列化成实例时，我们需要重写readResolve方法，以让实例唯一。

private Object readResolve() throws ObjectStreamException{
        return singleton;
}

三、单例注册表

另外一种特殊化的单例模式，它被称为单例注册表。

    Import java.util.HashMap;  
    Public class RegSingleton{  
       Static private HashMap registry=new HashMap();  
       //静态块，在类被加载时自动执行  
        Static{  
         RegSingleton rs=new RegSingleton();  
         Registry.put(rs.getClass().getName(),rs);  
       }  
    //受保护的默认构造函数，如果为继承关系，则可以调用，克服了单例类不能为继承的缺点  
    Protected RegSingleton(){}  
    //静态工厂方法，返回此类的唯一实例  
    public static RegSingleton getInstance(String name){  
        if(name==null){  
          name=” RegSingleton”;  
        }if(registry.get(name)==null){  
          try{  
              registry.put(name,Class.forName(name).newInstance());  
           }Catch(Exception ex){ex.printStackTrace();}  
        }  
        Return (RegSingleton)registry.get(name);  
    }  
    }  

下面我们来看看Spring中的单例实现，当我们试图从Spring容器中取得某个类的实例时，默认情况下，Spring会才用单例模式进行创建。

<bean id="date" class="java.util.Date"/>

<bean id="date" class="java.util.Date" scope="singleton"/>

<bean id="date" class="java.util.Date" singleton="true"/>

 以上三种创建对象的方式是完全相同的，容器都会向客户返回Date类的单例引用。那么如果我不想使用默认的单例模式，每次请求我都希望获得一个新的对象怎么办呢？很简单，将scope属性值设置为prototype(原型)就可以了。

<bean id="date" class="java.util.Date" scope="prototype"/>

通过以上配置信息，Spring就会每次给客户端返回一个新的对象实例。

那么Spring对单例的底层实现，到底是饿汉式单例还是懒汉式单例呢？呵呵，都不是。Spring框架对单例的支持是采用单例注册表的方式进行实现的，源码如下：

public abstract class AbstractBeanFactory implements ConfigurableBeanFactory{  
       /** 
        * 充当了Bean实例的缓存，实现方式和单例注册表相同 
        */  
       private final Map singletonCache=new HashMap();  
       public Object getBean(String name)throws BeansException{  
           return getBean(name,null,null);  
       }  
    ...  
       public Object getBean(String name,Class requiredType,Object[] args)throws BeansException{  
          //对传入的Bean name稍做处理，防止传入的Bean name名有非法字符(或则做转码)  
          String beanName=transformedBeanName(name);  
          Object bean=null;  
          //手工检测单例注册表  
          Object sharedInstance=null;  
          //使用了代码锁定同步块，原理和同步方法相似，但是这种写法效率更高  
          synchronized(this.singletonCache){  
             sharedInstance=this.singletonCache.get(beanName);  
           }  
          if(sharedInstance!=null){  
             ...  
             //返回合适的缓存Bean实例  
             bean=getObjectForSharedInstance(name,sharedInstance);  
          }else{  
            ...  
            //取得Bean的定义  
            RootBeanDefinition mergedBeanDefinition=getMergedBeanDefinition(beanName,false);  
             ...  
            //根据Bean定义判断，此判断依据通常来自于组件配置文件的单例属性开关  
            //<bean id="date" class="java.util.Date" scope="singleton"/>  
            //如果是单例，做如下处理  
            if(mergedBeanDefinition.isSingleton()){  
               synchronized(this.singletonCache){  
                //再次检测单例注册表  
                 sharedInstance=this.singletonCache.get(beanName);  
                 if(sharedInstance==null){  
                    ...  
                   try {  
                      //真正创建Bean实例  
                      sharedInstance=createBean(beanName,mergedBeanDefinition,args);  
                      //向单例注册表注册Bean实例  
                       addSingleton(beanName,sharedInstance);  
                   }catch (Exception ex) {  
                      ...  
                   }finally{  
                      ...  
                  }  
                 }  
               }  
              bean=getObjectForSharedInstance(name,sharedInstance);  
            }  
           //如果是非单例，即prototpye，每次都要新创建一个Bean实例  
           //<bean id="date" class="java.util.Date" scope="prototype"/>  
           else{  
              bean=createBean(beanName,mergedBeanDefinition,args);  
           }  
    }  
    ...  
       return bean;  
    }  
    }   

Spring对bean实例的创建是采用单例注册表的方式进行实现的，而这个注册表的缓存是HashMap对象，如果配置文件中的配置信息不要求使用单例，Spring会采用新建实例的方式返回对象实例。

 

 

参考文章：

https://www.jianshu.com/p/3bfd916f2bb2

https://blog.csdn.net/cs408/article/details/48982085