設計模式學習八：單例模式

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一、簡介

單例模式是一種常用的軟件設計模式，其定義是單例對象的類只能允許一個實例存在。
許多時候整個系統只需要擁有一個的全局對象，這樣有利於我們協調系統整體的行爲。比如在某個服務器程序中，該服務器的配置信息存放在一個文件中，這些配置數據由一個單例對象統一讀取，然後服務進程中的其他對象再通過這個單例對象獲取這些配置信息。這種方式簡化了在複雜環境下的配置管理。

二、實現思路

單例模式要求類能夠有返回對象一個引用(永遠是同一個)和一個獲得該實例的方法（必須是靜態方法，通常使用getInstance這個名稱）。
單例的實現主要是通過以下兩個步驟：

1. 將該類的構造方法定義爲私有方法，這樣其他處的代碼就無法通過調用該類的構造方法來實例化該類的對象，只有通過該類提供的靜態方法來得到該類的唯一實例；
2. 在該類內提供一個靜態方法，當我們調用這個方法時，如果類持有的引用不爲空就返回這個引用，如果類保持的引用爲空就創建該類的實例並將實例的引用賦予該類保持的引用。

注意：單例模式在多線程的應用場合下必須小心使用。如果當唯一實例尚未創建時，有兩個線程同時調用創建方法，那麼它們同時沒有檢測到唯一實例的存在，從而同時各自創建了一個實例，這樣就有兩個實例被構造出來，從而違反了單例模式中實例唯一的原則。 解決這個問題的辦法是爲指示類是否已經實例化的變量提供一個互斥鎖(雖然這樣會降低效率)。

三、單例模式的八種寫法

1.餓漢式（靜態常量）[可用]

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

2.餓漢式（靜態代碼塊）[可用]

//餓漢式（靜態常量）[可用]
public class Singleton {
    private static Singleton instance;
    static {
        instance = new Singleton();
    }
    private Singleton() {}
    public static Singleton getInstance() {
        return instance;
    }
}

3、懶漢式(線程不安全)[不可用]

public class Singleton {
    private static Singleton singleton;
    private Singleton() {}
    public static Singleton getInstance() {
        if (singleton == null) {
            singleton = new Singleton();
        }
        return singleton;
    }
}

4、懶漢式(線程安全，同步方法)[不推薦用]

解決上面第三種實現方式的線程不安全問題，做個線程同步就可以了，於是就對getInstance()方法進行了線程同步。
缺點：效率太低了，每個線程在想獲得類的實例時候，執行getInstance()方法都要進行同步。而其實這個方法只執行一次實例化代碼就夠了，後面的想獲得該類實例，直接return就行了。方法進行同步效率太低要改進。

public class Singleton {
    private static Singleton singleton;
    private Singleton() {}
    public static synchronized Singleton getInstance() {
        if (singleton == null) {
            singleton = new Singleton();
        }
        return singleton;
    }
}

5、懶漢式(線程安全，同步代碼塊)[不可用]

由於第四種實現方式同步效率太低，所以摒棄同步方法，改爲同步產生實例化的的代碼塊。但是這種同步並不能起到線程同步的作用。跟第3種實現方式遇到的情形一致，假如一個線程進入了if (singleton == null)判斷語句塊，還未來得及往下執行，另一個線程也通過了這個判斷語句，這時便會產生多個實例。

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

6、雙重檢查[推薦用]

Double-Check概念對於多線程開發者來說不會陌生，如代碼中所示，我們進行了兩次if (singleton == null)檢查，這樣就可以保證線程安全了。這樣，實例化代碼只用執行一次，後面再次訪問時，判斷if (singleton == null)，直接return實例化對象。
優點：線程安全；延遲加載；效率較高。

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

7、靜態內部類[推薦用]

這種方式跟餓漢式方式採用的機制類似，但又有不同。兩者都是採用了類裝載的機制來保證初始化實例時只有一個線程。不同的地方在餓漢式方式是隻要Singleton類被裝載就會實例化，沒有Lazy-Loading的作用，而靜態內部類方式在Singleton類被裝載時並不會立即實例化，而是在需要實例化時，調用getInstance方法，纔會裝載SingletonInstance類，從而完成Singleton的實例化。

類的靜態屬性只會在第一次加載類的時候初始化，所以在這裏，JVM幫助我們保證了線程的安全性，在類進行初始化時，別的線程是無法進入的。
優點：避免了線程不安全，延遲加載，效率高。

public class Singleton {
    private Singleton() {}
    private static class SingletonInstance {
        private static final Singleton INSTANCE = new Singleton();
    }
    public static Singleton getInstance() {
        return SingletonInstance.INSTANCE;
    }
}

8、枚舉[推薦用]（不理解，涉及的有點深入，後期再回來看看）

優點：系統內存中該類只存在一個對象，節省了系統資源，對於一些需要頻繁創建銷燬的對象，使用單例模式可以提高系統性能。
缺點：當想實例化一個單例類的時候，必須要記住使用相應的獲取對象的方法，而不是使用new，可能會給其他開發人員造成困擾，特別是看不到源碼的時候。

適用場合
需要頻繁的進行創建和銷燬的對象；
創建對象時耗時過多或耗費資源過多，但又經常用到的對象；
工具類對象；
頻繁訪問數據庫或文件的對象。

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