Java设计模式-单例模式

Java设计模式-单例模式

一、概述

单例模式的定义就是确保某一个类只有一个实例，并且提供一个全局访问点。属于设计模式三大类中的创建型模式。
单例模式具有典型的三个特点：

• 只有一个实例。
• 自我实例化。
• 提供全局访问点。

二、优缺点

优点：

1、由于单例模式只生成了一个实例，所以能够节约系统资源，减少性能开销，提高系统效率，同时也能够严格控制客户对它的访问。
2、实例控制：Singleton 会阻止其他对象实例化其自己的 Singleton 对象的副本，从而确保所有对象都访问唯一实例
3、灵活性：因为类控制了实例化过程，所以类可以更加灵活修改实例化过程

缺点：

1、开销：虽然数量很少，但如果每次对象请求引用时都要检查是否存在类的实例，将仍然需要一些开销。可以通过使用静态初始化解决此问题，上面的五种实现方式中已经说过了。
​2、可能的开发混淆：使用 singleton 对象（尤其在类库中定义的对象）时，开发人员必须记住自己不能使用 new 关键字实例化对象。因为可能无法访问库源代码，因此应用程序开发人员可能会意外发现自己无法直接实例化此类。
3、对象的生存期：Singleton 不能解决删除单个对象的问题。在提供内存管理的语言中（例如基于 .NET Framework 的语言），只有 Singleton 类能够导致实例被取消分配，因为它包含对该实例的私有引用。在某些语言中（如 C++），其他类可以删除对象实例，但这样会导致 Singleton 类中出现悬浮引用。
4、扩展困难：也正是因为系统中只有一个实例，这样就导致了单例类的职责过重，违背了“单一职责原则”，同时也没有抽象类，这样扩展起来有一定的困难。

三、常见实现方式

常见的单例模式实现方式有五种：饿汉式、懒汉式、双重检测锁式、静态内部类式和枚举单例。而在这五种方式中饿汉式和懒汉式又最为常见。下面将一一列举这五种方式的实现方法：

• 饿汉式：线程安全，调用效率高。但是不能延时加载。示例：

public class SingletonDemo1 {
    // 线程安全的
    // 类初始化时，立即加载这个对象
    private static SingletonDemo1 instance = new SingletonDemo1();
    private SingletonDemo1() {
    }
    // 方法没有加同步块，所以它效率高
    public static SingletonDemo1 getInstance() {
        return instance;
    }
}

由于该模式在加载类的时候对象就已经创建了，所以加载类的速度比较慢，但是获取对象的速度比较快，且是线程安全的。

• 懒汉式：线程不安全。

 // 线程不安全的
public class SingletonDemo2 {
    private static SingletonDemo2 instance = null;
    private SingletonDemo2() {}
    // 运行时加载对象
    public static SingletonDemo2 getInstance() {
        if (instance == null) {
            instance = new SingletonDemo2();
        }
        return instance;
    }
}

由于该模式是在运行时加载对象的，所以加载类比较快，但是对象的获取速度相对较慢，且线程不安全。如果想要线程安全的话可以加上synchronized关键字，但是这样会付出惨重的效率代价。

• 懒汉式（双重同步锁）

public class Singleton(){
	private volatile static Singleton signleton;
	private Singleton(){}
	public static Singleton getSingleton(){
		if(singleton == null){
			synchronized (Singleton.class){
				if(singleton == null){
					singleton = new Singleton();
				}
			}
		}
		return signleton;
	}
}

• 静态内部类单例

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

• 枚举式

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

​ 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，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。

注：注意单例模式所属类的构造方法是私有的，所以单例类是不能被继承的。

四、常见应用场景

• 网站计数器。
• 项目中用于读取配置文件的类。
• 数据库连接池。因为数据库连接池是一种数据库资源。
• Spring中，每个Bean默认都是单例的，这样便于Spring容器进行管理。
• Servlet中Application
• Windows中任务管理器，回收站。
  等等。