设计模式之——单例模式

1. 核心作用

保证一个类只有一个实例，并且提供一个访问该实例的全局访问点。

2. 常见应用场景

• windows的任务管理器，典型的单例模式（多次打开，始终只有一个）
• windows的回收站，也是典型的单例应用
• 操作系统的文件系统
• 项目中读取配置文件的类，一般也只有一个对象
• 网站的计数器，一般也是采用单例模式实现，否则难以同步
• 应用程序的日志应用
• 数据库连接池的设计
• Application也是单例的典型应用（Servlet）
• Spring中每个bean默认是单例的
• 每个Servlet也是单例的
• Spring MVC框架中控制器对象也是单例

3. 单例模式的优点

• 减少系统性能开销
• 共享资源访问

4. 常见的五种单例实现方式

主要
- - 饿汉式（线程安全，调用效率高。但是，不能延迟加载）
- - 懒汉式（线程安全，调用效率不高。但是，可以延迟加载）
- 其他
- - 双重检测锁式（由于JVM底层内部调用模型原因，偶尔会出问题，不建议使用）
- - 静态内部类式（线程安全，调用效率高，可以延迟加载）
- - 枚举单例（线程安全，调用效率高，不能延迟加载，可以防止反射和反序列化漏洞）

4.1 饿汉式实现

public class SingletonDemo1 {
    // 类初始化时，立即加载这个对象（没有延迟加载的优势），加载类时，天然的线程安全
    private static SingletonDemo1 instance = new SingletonDemo1();

    // 私有构造器
    private SingletonDemo1() {}

    // 方法不用同步，调用效率高
    public static SingletonDemo1 getInstance() {
        return instance;
    }
}

// 饿汉式测试类
public class Test {
    public static void main(String[] args) {
        SingletonDemo1 s1 = SingletonDemo1.getInstance();
        SingletonDemo1 s2 = SingletonDemo1.getInstance();
        System.out.println(s1 == s2); // 结果为true
    }
}

要点： 饿汉式单例中，static变量会在类加载时初始化，虚拟机可以保证只加载一次该类，所以肯定不会发送并发访问问题。因此，可以省略synchronized关键字。

问题：如果只是加载本类，而不是要调用getInstance()，则会造成资源浪费。

4.2 懒汉式实现

public class SingletonDemo2 {
    // 只定义不初始化，实现延迟加载
    private static SingletonDemo2 instance;

    // 私有构造器
    private SingletonDemo2() {}

    // 需要同步,调用效率低
    public static synchronized SingletonDemo2 getInstance() {
        if (instance == null) {
            instance = new SingletonDemo2();
        } 
        return instance;
    }
}

// 懒汉式测试
public class Test {
    public static void main(String[] args) {
        SingletonDemo2 s3 = SingletonDemo2.getInstance();
        SingletonDemo2 s4 = SingletonDemo2.getInstance();
        System.out.println(s3 == s4); // 结果为true
    }
}

要点：延迟加载，真正用的时候才加载。

问题：需要的时候才加载，资源利用率高了，但是同步又导致并发的效率变低。

4.3 双重检测锁实现

public class SingletonDemo3 {
    private static SingletonDemo3 instance；

    // 私有构造器
    private SingletonDemo3() {}

    public static SingletonDemo3 getInstance() {
        if(instance == null) {
            synchronized (SingletonDemo3.class) {
                if(instance == null) {
                    instance = new SingletonDemo3();
                }
            }
        }
        return instance;
    }

}
// 双重检查锁测试
public class Test {
    public static void main(String[] args) {
        SingletonDemo3 s5 = SingletonDemo3.getInstance();
        SingletonDemo3 s6 = SingletonDemo3.getInstance();
        System.out.println(s5 == s6); // 结果为true
   }
}

要点：将同步内容下放到if内部，提高了执行的效率（不必每次获取对象时都进行同步）。

问题：由于编译器和JVM底层内部模型原因，偶尔会出问题，所以不建议使用。

4.4 静态内部类实现

public class SingletonDemo4 {
    private SingletonDemo4() {

    }

    private static class SingletonClassInstance {
        private static final SingletonDemo4 instance = new SingletonDemo4();
    }

    public static SingletonDemo4 getInstance() {
        return SingletonClassInstance.instance;
    }
}

// 静态内部类测试
public class Test {
    public static void main(String[] args) {
        SingletonDemo4 s7 = SingletonDemo4.getInstance();
        SingletonDemo4 s8 = SingletonDemo4.getInstance();
        System.out.println(s7 == s8); // 结果为true
   }
}

要点：1) 外部类没有static属性，则不会像饿汉式那样立即加载对象；2) 只有调用getInstance才会加载静态内部类，且加载类是线程安全的；3) 兼备并发、高效和延迟加载的优势。

4.5 使用枚举实现

public enum SingletonDemo5 {
    // 枚举本身就代表了一个单例模式
    INSTANCE;

    // 添加自己需要的操作
    public void singleton() {

    }
}

// 枚举方法测试
public class Test {
    public static void main(String[] args) {
        System.out.println(SingletonDemo5.INSTANCE == SingletonDemo5.INSTANCE); // 结果为true
   }
}

要点：1) 实现简单；2) 枚举本身是单例，由JVM从根本上提供保障，避免通过反射和反序列化的引起的漏洞

问题：无延迟加载

5. 如何选择

• 单例对象，占用资源少，不需要延迟加载

  枚举式 > 饿汉式
  

• 单例对象，占用资源多，需要延迟加载

  静态内部类式 > 懒汉式