设计模式之单例模式

原文地址：http://blog.csdn.net/zhengzhb/article/details/7331369

                  http://blog.sina.com.cn/s/blog_75247c770100yxpb.html#bsh-24-289558518

定义：确保一个类只有一个实例，而且自行实例化并向整个系统提供这个实例。

类型：创建类模式

类图：

 

类图知识点：

1.类图分为三部分，依次是类名、属性、方法

2.以<<开头和以>>结尾的为注释信息

3.修饰符+代表public，-代表private，#代表protected，什么都没有代表包可见。

4.带下划线的属性或方法代表是静态的。

它有以下几个要素：

•   私有的构造方法

•   指向自己实例的私有静态引用

•   以自己实例为返回值的静态的公有的方法

  单例模式根据实例化对象时机的不同分为两种：一种是饿汉式单例，一种是懒汉式单例。饿汉式单例在单例类被加载时候，就实例化一个对象交给自己的引用；而懒汉式在调用取得实例方法的时候才会实例化对象。代码如下：

饿汉式单例

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

懒汉式单例

public class Singleton {
    private static Singleton singleton;
    private Singleton() {
    }

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

    饿汉式单例和懒汉式单例只是两种比较主流和常用的单例模式方法，从理论上讲，任何可以实现一个类只有一个实例的设计模式，都可以称为单例模式。

单例模式的优点：

•   在内存中只有一个对象，节省内存空间。

•   避免频繁的创建销毁对象，可以提高性能。

•   避免对共享资源的多重占用。

•   可以全局访问。

适用场景：由于单例模式的以上优点，所以是编程中用的比较多的一种设计模式。我总结了一下我所知道的适合使用单例模式的场景：

•   需要频繁实例化然后销毁的对象。

•   创建对象时耗时过多或者耗资源过多，但又经常用到的对象。

•   有状态的工具类对象。

•   频繁访问数据库或文件的对象。

•   以及其他我没用过的所有要求只有一个对象的场景。

单例模式注意事项：

•   只能使用单例类提供的方法得到单例对象，不要使用反射，否则将会实例化一个新对象。

•   不要做断开单例类对象与类中静态引用的危险操作。

•   多线程使用单例使用共享资源时，注意线程安全问题。

关于java中单例模式的一些争议：

单例模式的对象长时间不用会被jvm垃圾收集器收集吗

    看到不少资料中说：如果一个单例对象在内存中长久不用，会被jvm认为是一个垃圾，在执行垃圾收集的时候会被清理掉。本人的观点是：在hotspot虚拟机1.6版本中，除非人为地断开单例中静态引用到单例对象的联接，否则jvm垃圾收集器是不会回收单例对象的。

在一个jvm中会出现多个单例吗

     在分布式系统、多个类加载器、以及序列化的的情况下，会产生多个单例，这一点是无庸置疑的。那么在同一个jvm中，会不会产生单例呢？使用单例提供的getInstance()方法只能得到同一个单例，除非是使用反射方式，将会得到新的单例。代码如下

Class c =Class.forName(Singleton.class.getName()); 
Constructor ct =c.getDeclaredConstructor(); 
ct.setAccessible(true); 
Singleton singleton =(Singleton)ct.newInstance(); 

这样，每次运行都会产生新的单例对象。所以运用单例模式时，一定注意不要使用反射产生新的单例对象。

单例类可以被继承吗

    饿汉式单例和懒汉式单例由于构造方法是private的，所以他们都是不可继承的，但是其他很多单例模式是可以继承的，例如登记式单例。

饿汉式单例好还是懒汉式单例好

    在java中，饿汉式单例要优于懒汉式单例。C++中则一般使用懒汉式单例。

懒汉式单例线程安全吗

     主要是网上的一些说法，懒汉式的单例模式是线程不安全的，即使是在实例化对象的方法上加synchronized关键字，也依然是危险的，但是笔者经过编码测试，发现加synchronized关键字修饰后，虽然对性能有部分影响，但是却是线程安全的，并不会产生实例化多个对象的情况。

单例模式各实现方式的递增式比较

1. 饥饿模式

public final class EagerSingleton {
    private static EagerSingleton singObj = new EagerSingleton();

    private EagerSingleton() {
    }

    public static EagerSingleton getSingleInstance() {
        return singObj;
    }
}

    上述实现方式，可能带来潜在的性能问题：如果这个对象很大呢？没有使用这个对象之前，就把它加载到了内存中去是一种巨大的浪费。针对这种情况，我们可以对以上的代码进行改进，使用一种新的设计思想——延迟加载（Lazy-load Singleton）

2. 懒汉模式

public final class LazySingleton {
    private static LazySingleton singObj = null;

    private LazySingleton() {
    }

    public static LazySingleton getSingleInstance() {
        if (null == singObj)
            singObj = new LazySingleton();
        return singObj;
    }
}

    上面的方式，还面临着线程安全的问题，多线程可能会创建多个实例，简单的实现线程安全可以使用Synchronized来修饰方法。

3. 同步实例化单例方法

public final class ThreadSafeSingleton 
{ 
    private static ThreadSafeSingleton singObj = null; 
   
    private ThreadSafeSingleton(){ 
    } 
   
    public static Synchronized ThreadSafeSingleton getSingleInstance(){ 
          if(null == singObj ) singObj = newThreadSafeSingleton();
            return singObj;
    } 
}

    这虽然解决了线程安全的问题，但同步是有性能代价的，为了减小付出的性能代价。这里有必要提出一种新的设计思想——双重检查锁（Double-Checked Lock）。

4. 双重检查锁同步单例对象实例化

public final class DoubleCheckedSingleton 
{ 
    private static DoubleCheckedSingletonsingObj = null; 
   
    private DoubleCheckedSingleton(){ 
     } 
  
     public static DoubleCheckedSingleton getSingleInstance(){ 
         if(null == singObj ) {
              Synchronized(DoubleCheckedSingleton.class){
                      if(null == singObj)
                           singObj = newDoubleCheckedSingleton();
              }
         }
       return singObj;
    } 
}

     上述写法还存在的问题：假设线程A执行到了第9行，它判断对象为空，于是线程A执行到第12行去初始化这个对象，但初始化是需要耗费时间的，但是这个对象的地址其实已经存在了。此时线程B也执行到了第九行，它判断不为空，于是直接跳到15行得到了这个对象。但是，这个对象还没有被完整的初始化！得到一个没有初始化完全的对象有什么用！！关于这个Double-Checked Lock的讨论有很多，目前公认这是一个Anti-Pattern，不推荐使用！

     那么有没有什么更好的写法呢？有！这里又要提出一种新的模式——Initialization on Demand Holder. 这种方法使用内部类来做到延迟加载对象，在初始化这个内部类的时候，JLS(Java Language Sepcification)会保证这个类的线程安全。这种写法最大的美在于，完全使用了Java虚拟机的机制进行同步保证，没有一个同步的关键字。

5. 使用Java虚拟机的机制进行同步

public class Singleton {
    private static class SingletonHolder {
        public final static Singleton instance = new Singleton();
    }

    public static Singleton getInstance() {
        return SingletonHolder.instance;
    }
}