單例模式
一. 意圖
對於某些類來說，我們其實只需要有一個實例化的對象。比如：註冊表，資源管理器，打印機驅動程序等等。
如果我們保證以上的類只有一個實例，並只提供一個統一的訪問點的話。系統中便可以統一管理這個對象。
以上類只有一個實例，同時也可以節約系統資源，保證對象信息的一致性。
我們可以通過單例模式來確保對象的唯一性。
二. 定義
確保某一個類只有一個實例，只提供一個全局訪問點，該類自行實例化並向整個系統提供這個實例，這個類就是單例類。
類圖：
三.單例模式實現的三個要點
- 要保證類只有一個實例，就要禁止類的外部直接使用new來創建對象。把單例類的構造函數的可見性要改爲private，只在類的內部使用工廠方法創建實例。
- 在單例類中定義一個私有的和靜態的自己類型的成員變量。
- 在單例類中定義一個公開的和靜態的實例化方法。在實例化方法中判斷成員變量 是否實例化。如果沒有實例化，則創建一個自身實例。如果已經創建，就直接返回成員變量
代碼示例(java)
四.餓漢式單例與懶漢式單例
上述的代碼示例，在運行多線程的程序中，可能還是存在一些問題，不能保證對象的唯一性。
例如：有線程1和線程2，同時調用Singleton類的Instance方法。線程1中判斷_instance字段爲null,對_instance字段進行初始化操作。
如果Singleton類的初始化信息量大，初始化時間較長。在線程1初始化_instance字段的過程中，假設線程2也調用了Singleton類的Instance方法。如果此時_instance字段還是爲null的話，線程2也會對_instance字段進行初始化操作。從而產生了兩個Singleton類的實例。Singleton類的實例唯一性無法保證。
對於多線程的問題，我可以使用餓漢和懶漢單例模式來保證對象的唯一性。
解決方案:
1.餓漢式單例
- 類圖
- 代碼示例(java)
- 說明
當Singleton類加載時，靜態變量_instance會被初始化，此時Singleton類的私有構造函數會被調用，單例類的唯一實例就被創 建了。這樣在任何線程調用getInstance()方法之前，Singleton類已經被創建，確保了線程安全。
2.懶漢式單例
- 類圖
- 代碼示例(java)
- 說明
- 懶漢式單例只有在調用了Instance()方法後，纔會實例化對象。並不是類一加載的時候，就實例化單例對象。使用延遲加載技術。
- 在定義靜態變量_instance的時，使用了修飾符volatile。volatile修飾符可確保成員變量_instance在多個線程之間信息同步。但是會降低系統運行的效率。
- 使用關鍵字synchronized可以對代碼進行了鎖定，一個線程在實例化對象的時候，另一個線程就必須等待。可以防止多個線程同時實例化Singleton對象。保證了線程的安全，但是鎖定代碼降低了系統運行的效率。
- 使用了雙重檢查鎖定，代碼示例對_instance是否爲null值,進行了兩次判斷。
第一個_instance == null的判斷，是有性能上的好處的。因爲只有在第一次_instance == null的時候，纔會有對代碼進行鎖定的操作。_instance不爲null的時候，就直接返回了_instance對象了。這樣對代碼進行鎖定的操作只會進行一次了。
如果不進行雙重判斷，還是可能將會產生多個單例對象，從而違背單例模式的設計思想。
假設有線程A和線程B同時調用了Instance()方法，此時_instance爲null，線程A和線程B都能通過instance == null的第一次判斷。
由於實現了synchronized加鎖機制，線程A和線程B不能同時執行synchronized鎖定的代碼。
假設線程A先進入synchronized鎖定的代碼，實例化Singleton對象。而線程B則處於排隊等待狀態，它必須等待線程A執行完畢後，纔可以進入synchronized鎖定的代碼中。
但當線程A實例化完畢後，此時線程B並不知道Singleton對象已經被線程A實例化完畢了。所以必須在synchronized鎖定的代碼中加上第二個_instance==null的判斷。不然線程B將繼續創建新的實例，從而導致產生兩個單例對象。
3.餓漢式單例 vs 懶漢式單例
餓漢式單例
優點：
餓漢式單例在類加載的時候就被實例化，無需考慮多線程的問題。代碼也不需要鎖定，性能上有一定的優勢。
缺點：
不管系統中是否要引用實例，餓漢式單例在類加載的時候都會創建對象。如果此時系統不需要引用該實例，這樣就會造成系統資源的浪費。
懶漢式單例
優點：
懶漢式單例實現了延遲加載，在類需要被使用時，纔會被實例化，不會一直佔用系統資源。
缺點：
要處理好多線程同時訪問的問題，就需要鎖定代碼，考慮多個線程的同步，這樣就會對系統的性能造成一定的影響。
五．總結
單例模式是一種比較簡單的創建型模式，在某種程度上來說它是限制了而不是促進了類的創建。保證類只有一個實例，並只提供一個全局的訪問點。在很多應用軟件中都有廣泛的應用。