java设计模式学习之单例模式

1.介绍

单例对象（Singleton）是一种常用的设计模式。在Java应用中，单例对象能保证在一个JVM中，该对象只有一个实例存在。这样的模式有几个好处：
1)、某些类创建比较频繁，对于一些大型的对象，这是一笔很大的系统开销。
2)、省去了new操作符，降低了系统内存的使用频率，减轻GC压力。
3)、有些类如交易所的核心交易引擎，控制着交易流程，如果该类可以创建多个的话，系统完全乱了。（比如一个军队出现了多个司令员同时指挥，肯定会乱成一团），所以只有使用单例模式，才能保证核心交易服务器独立控制整个流程。

Java.lang.Runtime中使用了单例模式，Java程序都有一个Runtime类的单一实例，通过Runtime.getRuntime()获取Runtime类的实例。

2.生活化

比如一个合唱团只能有一个指挥者，如果有多个指挥者，那么一个好好的合唱就乱了，再比如一个路口只会有一个红绿灯，保持道路畅通，如果有多个，如果多个红绿灯时间一致，那只属于浪费纳税人的钱，要是多个红绿灯的时间不一致，有的变红了，有的还是绿的，那结局就不可想象了！

3.代码化

3.1 饿汉式
首先想到最简单的实现，就是将构造函数私有化，写成private，从而保证其他类不能实例化，

package com.tl.skyLine.pattern.singletonPattern;

/**
 * Created by tl on 17/3/8.
 */
public class Singleton {
    //创建 Singleton 的一个对象
    private static Singleton instance = new Singleton();

    //让构造函数为 private，这样该类就不会被实例化
    private Singleton() {

    }

    //获取唯一可用的对象
    public static Singleton getInstance() {
        return instance;
    }
}

这个方法是最简单的实现，但是由于class类加载的时候就初始化对象，浪费内存，这种叫做饿汉式，可能是因为太饥饿，有点饥不择食的意思吧。
3.2 懒汉式，线程不安全
顾名思义，实现懒加载，在真正调用getInstance方法的时候才初始化对象，

public class Singleton {
    private static Singleton instance;

    //让构造函数为 private，这样该类就不会被实例化
    private Singleton() {

    }

    //获取唯一可用的对象,如果存在就直接获取,不存在就new出来
    public static Singleton getInstance() {
        if (instance == null) {
            instance = new Singleton();
        }
        return instance;
    }
}

这种实现方式，最大的问题就是不支持多线程，只适合在单线程的环境下使用。
3.3 懒汉式，线程安全

public class Singleton {
    private static Singleton instance;

    //让构造函数为 private，这样该类就不会被实例化
    private Singleton() {

    }

    //获取唯一可用的对象,如果存在就直接获取,不存在就new出来
    public static synchronized Singleton getInstance() {
        if (instance == null) {
            instance = new Singleton();
        }
        return instance;
    }
}

优点是第一次调用才初始化，避免了内存浪费，缺点是必须加锁 synchronized 才能保证单例，但加锁会影响效率。
3.4 双检锁/双重校验锁（DCL，即 double-checked locking）
上面的线程安全的懒汉式代码也存在一个影响性能的问题，众所周知，加锁会影响效率，不加锁多线程会不安全，但是实际中，我们要保证线程安全的仅仅只是当instance对象等于null去执行new Singleton()这一块代码，而不是每次调用getInstance方法的时候，

public class Singleton {
    private volatile static Singleton instance;

    //让构造函数为 private，这样该类就不会被实例化
    private Singleton() {

    }

    //获取唯一可用的对象,如果存在就直接获取,不存在就new出来
    public static Singleton getInstance() {
        if (instance == null) {
            synchronized (Singleton.class) {
              if (instance == null) {
                 instance = new Singleton();
              }
            }
        }
        return instance;
    }
}

这样在加锁的情况下性能就有所提升，这边多说一下synchronized (Singleton.class)与synchronized (this)的区别，开始顺手写的是synchronized (this)，可惜idea报错，后来看了一下，是由于这个方法是静态的，针对的就是整个类的，而this是某个对象，这样就爆了在静态方法里调用非静态属性的错误；
3.5 静态内部类

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

    //让构造函数为 private，这样该类就不会被实例化
    private Singleton() {

    }

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

这种方式使用了JVM内部的 classloder 机制，即类的构造必须是原子性的，非并发的，保证当一个类被加载的时候，这个类的加载过程是线程互斥的，因此不需要加同步块。同样static语义也要求不会有多个实例存在，这样当我们第一次调用getInstance的时候，JVM能够帮我们保证instance只被创建一次，并且会保证把赋值给instance的内存初始化完毕。

综上几种方法，一般不提倡使用2，3这两种懒汉方法，建议使用第一种饿汉式，英文大多数情况是不需要使用同步的，当需要使用的懒加载和多线程的时候，建议使用方式4或者5。