单例设计模式
什么是单例
保证一个类只有一个实例，并且提供一个访问该全局访问点
单例应用场景
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Windows的Task Manager（任务管理器）就是很典型的单例模式（这个很熟悉吧），想想看，是不是呢，你能打开两个windows task manager吗？ 不信你自己试试看哦~
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windows的Recycle Bin（回收站）也是典型的单例应用。在整个系统运行过程中，回收站一直维护着仅有的一个实例。
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网站的计数器，一般也是采用单例模式实现，否则难以同步。
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应用程序的日志应用，一般都何用单例模式实现，这一般是由于共享的日志文件一直处于打开状态，因为只能有一个实例去操作，否则内容不好追加。
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Web应用的配置对象的读取，一般也应用单例模式，这个是由于配置文件是共享的资源。
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数据库连接池的设计一般也是采用单例模式，因为数据库连接是一种数据库资源。数据库软件系统中使用数据库连接池，主要是节省打开或者关闭数据库连接所引起的效率损耗，这种效率上的损耗还是非常昂贵的，因为何用单例模式来维护，就可以大大降低这种损耗。
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多线程的线程池的设计一般也是采用单例模式，这是由于线程池要方便对池中的线程进行控制。
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操作系统的文件系统，也是大的单例模式实现的具体例子，一个操作系统只能有一个文件系统。
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HttpApplication 也是单位例的典型应用。熟悉ASP.Net(IIS)的整个请求生命周期的人应该知道HttpApplication也是单例模式，所有的HttpModule都共享一个HttpApplication实例.
单例优缺点
优点：
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在单例模式中，活动的单例只有一个实例，对单例类的所有实例化得到的都是相同的一个实例。这样就 防止其它对象对自己的实例化，确保所有的对象都访问一个实例
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单例模式具有一定的伸缩性，类自己来控制实例化进程，类就在改变实例化进程上有相应的伸缩性。
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提供了对唯一实例的受控访问。
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由于在系统内存中只存在一个对象，因此可以 节约系统资源，当 需要频繁创建和销毁的对象时单例模式无疑可以提高系统的性能。
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允许可变数目的实例。
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避免对共享资源的多重占用。
缺点：
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不适用于变化的对象，如果同一类型的对象总是要在不同的用例场景发生变化，单例就会引起数据的错误，不能保存彼此的状态。
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由於单利模式中没有抽象层，因此单例类的扩展有很大的困难。
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单例类的职责过重，在一定程度上违背了“单一职责原则”。
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滥用单例将带来一些负面问题，如为了节省资源将数据库连接池对象设计为的单例类，可能会导致共享连接池对象的程序过多而出现连接池溢出；如果实例化的对象长时间不被利用，系统会认为是垃圾而被回收，这将导致对象状态的丢失。
单例创建方式
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饿汉式:类初始化时,会立即加载该对象，线程天生安全,调用效率高。
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懒汉式: 类初始化时,不会初始化该对象,真正需要使用的时候才会创建该对象,具备懒加载功能。
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静态内部方式:结合了懒汉式和饿汉式各自的优点，真正需要对象的时候才会加载，加载类是线程安全的。
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枚举单例: 使用枚举实现单例模式 优点:实现简单、调用效率高，枚举本身就是单例，由jvm从根本上提供保障!避免通过反射和反序列化的漏洞， 缺点没有延迟加载。
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双重检测锁方式 (因为JVM本质重排序的原因，可能会初始化多次，不推荐使用)
饿汉式
- 类初始化时创建对象，不管需不需要实例对象，都会创建
- 不存在线程安全问题，因为实例是在类创建和初始化时创建，是由类加载器完成的，类加载器是线程安全的
书写
（1）构造器私有化
（2）自行创建，并且用静态变量保存
（3）向外提供这个实例
（4）强调这是一个静态的，可以使用final修饰
// 简洁直观
public class Singleton1 {
private Singleton1(){}
public static final Singleton1 INSTANCE = new Singleton1();
}
枚举式
// 使用枚举实现单例模式 优点:实现简单、枚举本身就是单例，由jvm从根本上提供保障!避免通过反射和反序列化的漏洞 缺点没有延迟加载
public class User {
public static User getInstance() {
return SingletonDemo04.INSTANCE.getInstance();
}
private static enum SingletonDemo04 {
INSTANCE;
// 枚举元素为单例
private User user;
private SingletonDemo04() {
System.out.println("SingletonDemo04");
user = new User();
}
public User getInstance() {
return user;
}
}
public static void main(String[] args) {
User u1 = User.getInstance();
User u2 = User.getInstance();
System.out.println(u1 == u2);
}
}
静态代码块方式
// 适合复杂的实例化
class A {
static final String info = "password";
}
public class Singleton3_test {
public String info;
private Singleton3(String info) {
this.info = info;
}
static {
// 从其他地方获取的值
String val = A.info;
INSTANCE = new Singleton3_test(val);
}
public static final Singleton3_test INSTANCE;
@Override
public String toString() {
return "Singleton3{" +
"info='" + info + '\'' +
'}';
}
public String getInfo() {
return info;
}
public void setInfo(String info) {
this.info = info;
}
}
懒汉式
延迟创建实例对象，需要时才去创建对象，否则不创建
书写
（1）构造器私有化
（2）用一个静态变量保存这个唯一的实例
（3）提供一个静态方法，获取这个实例对象
public class SingletonLan1 {
private SingletonLan1(){}
private static SingletonLan1 instance;
public synchronized static SingletonLan1 getInstance(){
if (instance == null){
instance = new SingletonLan1();
}
return instance;
}
}
// 测试
public class Lan_Test1 {
public static void main(String[] args) throws ExecutionException, InterruptedException {
Callable<SingletonLan1> call = new Callable<SingletonLan1>() {
@Override
public SingletonLan1 call() throws Exception {
return SingletonLan1.getInstance();
}
};
ExecutorService es = Executors.newFixedThreadPool(2);
Future<SingletonLan1> f1 = es.submit(call);
Future<SingletonLan1> f2 = es.submit(call);
SingletonLan1 s1 = f1.get();
SingletonLan1 s2 = f2.get();
es.shutdown();
System.out.println(s1 == s2);
System.out.println(s1);
System.out.println(s2);
}
}
双重检测锁方式
public class SingletonLan2 {
private SingletonLan2(){}
private static SingletonLan2 instance;
public static SingletonLan2 getInstance(){
if (instance == null){
synchronized (SingletonLan2.class){
if (instance == null) {
instance = new SingletonLan2();
}
}
}
return instance;
}
}
// 测试
public class Lan_Test2 {
public static void main(String[] args) throws ExecutionException, InterruptedException {
Callable<SingletonLan2> call = new Callable<SingletonLan2>() {
@Override
public SingletonLan2 call() throws Exception {
return SingletonLan2.getInstance();
}
};
ExecutorService es = Executors.newFixedThreadPool(2);
Future<SingletonLan2> f1 = es.submit(call);
Future<SingletonLan2> f2 = es.submit(call);
SingletonLan2 s1 = f1.get();
SingletonLan2 s2 = f2.get();
es.shutdown();
System.out.println(s1 == s2);
System.out.println(s1);
System.out.println(s2);
}
}
静态内部类方式
- 在内部类被加载和创建时，才去创建实例对象
- 静态内部类不会随着外部类的加载和初始化而初始化，它是要单独加载和初始化的
- 因为是内部类创建和初始化时，创建的对象，所以不存在线程安全问题
// 相比上一种方法，简洁许多
public class SingletonLan3 {
private SingletonLan3(){}
private static class Inner {
private static final SingletonLan3 INSTANCE = new SingletonLan3();
}
public static SingletonLan3 getInstance(){
return Inner.INSTANCE;
}
}
单例防止反射漏洞攻击
// 在构造函数中，只能允许初始化化一次即可。
public SingletonDemo04 {
private static boolean flag = false;
private SingletonDemo04() {
if (flag == false) {
flag = !flag;
} else {
throw new RuntimeException("单例模式被侵犯！");
}
}
public static void main(String[] args) {
}
}
如何选择单例创建方式
- 如果不需要延迟加载单例，可以使用枚举或者饿汉式，相对来说枚举性好于饿汉式。
- 如果需要延迟加载，可以使用静态内部类或者懒汉式，相对来说静态内部类好于懒汉式。