设计模式之单例模式

单例模式的作用　　

　　保证在Java应用程序中，一个类Class只有一个实例存在。 使用单例模式还可以节省内存，有利于Java垃圾回收。

单例模式的意义

　　1.有些对象我们只需要一个，如线程池，缓存，硬件设备等如果存在多个实例会有造成冲突，结果不一致性的问题。

　　2.很多无状态对象我们希望通过使用单例，来节省资源，如Spring框架管理bean默认使用单例模式。

单例模式的实现原理

　　1.私有构造
　　2.提供全局访问点

经典单例模式　

public class Singleton {
//定义一个静态变量存储当前类的对象
private static Singleton uniqueInstance = null;
//私有化构造方法
private Singleton() {}
//定义一个静态方法返回类的对象
public static Singleton getInstance() {
if (uniqueInstance == null) {
uniqueInstance = new Singleton();
}
return uniqueInstance;
}
}

分析：在单线程情况下经典单例模式没有什么问题，且实现简单。但是，在多线程的情况下会出现问题，当有两个线程都执行了if(uniqueInstance==null) 发现为空，然后各自创建了一个对象，就会出现问题.

单例模式的改进

懒汉式

public class Singleton {
//定义一个静态变量存储当前类的对象
private static Singleton uniqueInstance = null;
//私有化构造方法
private Singleton(){}
//定义一个静态方法返回类的对象
public static synchronized Singleton getInstance() {
if (uniqueInstance == null) {
uniqueInstance = new Singleton();
}
return uniqueInstance;
}
}

使用同步关键字可以保证单例，但会消耗较多资源，在获取单例对象操作很少的应用场景中，这种方法也可以使用，但如果应用中需要频繁获取单例对象时，使用同步关键字方式会极大的降低运行效率。

饿汉式

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

优点：没有加锁，执行效率高。
缺点：类加载时就初始化，浪费内存。

双检锁/双重校验锁

public class Singleton { 
private volatile static Singleton uniqueInstance ; 
private Singleton (){} 
public static Singleton getSingleton() { 
　　if (uniqueInstance == null) { 
　　//实例化对象时，通过类锁保证线程安全
　　synchronized (Singleton.class) { 
　　if (uniqueInstance == null) { 
　　　　uniqueInstance = new Singleton(); 
　　　　} 
　　} 
　} 
　　return uniqueInstance ; 
　} 
}

注意:uniqueInstance 必须使用 volatile修饰，否则在重排序情况下，有可能访问到一个还未初始化的对象。使用volatile修饰后，这种情况的重排序将被禁止。
这种方式采用双锁机制，线程安全，且在多线程情况下能保持高性能。getInstance() 的性能对应用程序很关键。

登记式/静态内部类

描述：这种方式能达到和双检锁方式一样的效果，且实现更简单。无需对静态域使用延迟初始化时，应考虑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 Singleton { 
private static class SingletonHolder { 
private static final Singleton INSTANCE = new Singleton(); 
} 
private Singleton (){} 
public static final Singleton getInstance() { 
return SingletonHolder.INSTANCE; 
} 
}

　　这种方式利用了 classloader 机制来保证初始化 instance 时只有一个线程，它跟饿汉式不同的是，饿汉式式只要 Singleton 类被装载了，那么 instance 就会被实例化，因此，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，只有通过显式调用 getInstance 方法时，才会显式装载 SingletonHolder 类，从而实例化 instance。

单例模式使用总结

　　一般情况下，不建议使用同步关键字实现的懒汉式单例，推荐使用饿汉式。只有在明确需要实现 lazy loading 效果时，才会使用登记式。如果有其他特殊需求，也可以考虑使用双检锁方式。