软件设计模式之单例模式
一、介绍
单例模式（Singleton Pattern）
这种模式涉及到一个单一的类，该类负责创建自己的对象，同时确保只有单个对象被创建。这个类提供了一种访问其唯一的对象的方式，可以直接访问，不需要实例化该类的对象。
目的
保证一个类仅有一个实例，并提供一个访问它的全局访问点。
特点
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单例类只能有一个实例。
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单例类必须自己创建自己的唯一实例。
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单例类必须给所有其他对象提供这一实例。
主要解决
一个全局使用的类频繁地创建与销毁。
何时使用
当想控制实例数目，节省系统资源的时候。
如何解决
判断系统是否已经有这个单例，如果有则返回，如果没有则创建。
关键代码
构造函数是私有的，private。
应用实例
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一个班级只有一个班主任。
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Windows 是多进程多线程的，在操作一个文件的时候，就不可避免地出现多个进程或线程同时操作一个文件的现象，所以所有文件的处理必须通过唯一的实例来进行。
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一些设备管理器常常设计为单例模式，比如一个电脑有两台打印机，在输出的时候就要处理不能两台打印机打印同一个文件。
使用场景
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要求生产唯一序列号。
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WEB 中的计数器，不用每次刷新都在数据库里加一次，用单例先缓存起来。
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创建的一个对象需要消耗的资源过多，比如 I/O 与数据库的连接等。
二、五种实现方式
懒汉式
懒汉式，顾名思义就是实例在用到的时候才去创建，“比较懒”，用的时候才去检查有没有实例，如果有则返回，没有则新建。有线程安全和线程不安全两种写法，区别就是synchronized关键字。
public class Singleton {
private static Singleton instance;
private Singleton (){}
public static synchronized Singleton getInstance() {
if (instance == null) {
instance = new Singleton();
}
return instance;
}
}
描述：这种方式具备很好的 lazy loading，能够在多线程中很好的工作，但是，效率很低，99% 情况下不需要同步。
优点：第一次调用才初始化，避免内存浪费。
缺点：必须加锁 synchronized 才能保证单例，但加锁会影响效率。
饿汉式
饿汉式，就是“比较勤”，实例在初始化的时候就已经建好了，不管你有没有用到，都先建好了再说。
public static class Singleton {
private static Singleton instance = new Singleton();
private Singleton (){}
public static Singleton getInstance() {
return instance;
}
public void showMessage() {
System.out.println("Hello World!");
}
}
描述：这种方式比较常用，但容易产生垃圾对象。
优点：没有加锁，执行效率会提高。没有线程安全的问题。
缺点：类加载时就初始化，浪费内存。
双检锁/双重校验锁
综合了懒汉式和饿汉式两者的优缺点整合而成，采用双锁机制。代码实现中，特点是在synchronized关键字内外都加了一层 if 条件判断，这样既保证了线程安全，又比直接上锁提高了执行效率，还节省了内存空间。但是，实现较复杂。
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;
}
}
登记式/静态内部类
静态内部类的方式效果类似双检锁，但实现更简单。对静态域使用延迟初始化，应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;
}
}
枚举
这种实现方式还没有被广泛采用，但这是实现单例模式的最佳方法。它更简洁，不仅能避免多线程同步问题，还自动支持序列化机制，绝对防止多次实例化。
public enum Singleton {
INSTANCE;
public void whateverMethod() {
}
}
三、经验之谈
一般情况下，不建议使用懒汉方式，建议使用饿汉方式。只有在要明确实现 lazy loading 效果时，才会使用登记方式。如果涉及到反序列化创建对象时，可以尝试使用枚举方式。如果有其他特殊的需求，可以考虑使用双检锁方式。
