单例设计模式学习笔记

单例设计模式，用于保证在整个软件系统中，对于某一个类只存在一个实例的设计方法；
对于一些频繁创建和销毁的对象，使用单例模式可以提高性能；

比如我们自己写的工具类，一般设计成静态方式，还可以根据情况设计成单例模式；

又比如 Hibernate 中的 SessionFactory，是一个重量级的类，通常一个项目只需要一个 SessionFactory 就就够满足系统所需，这时候就采用单例模式来设计；

1、饿汉式

// 饿汉式
public class Singleton {

    // 1、默认构造器私有化, 外部不能new
    public Singleton() {}

    // 2、内部创建类的实例
    private final static Singleton instance = new Singleton();

    // 3、提供一个公用的静态方法,返回实例对象
    public static Singleton getInstance() {
        return instance;
    }
}

说明：

1. 优点：饿汉式就是在类一装载的时候就完成实例化，这避免了线程的同步问题；
2. 缺点：一装载就实例化，而不是等到使用到这个类才实例化，没有做到懒加载，如果这个类从头到尾没有被使用，就白白浪费了内存空间；

2、懒汉式(线程不安全)

class Singleton {
	private static Singleton instance;

	private Singleton(){}
	
	// 提供一个静态的公用方法，即当使用该方法时，才去创建对象实例
	public static Singleton getInstance() {
		if(instance == null) {
			instance = new Singleton();
		}

		return instance;
	}

}

说明：

1. 起到了懒加载的效果，在使用时加载，避免了线程的浪费；
2. 只能在单线程情况下使用；在多线程情况下，一个线程进入了 if(instance == null) 判断语句块，还未来得及往下执行 new 操作，另外一个线程也进入了该判断语句，这是就产生了多个实例，因此不要在多线程情况中使用该方法；

3、懒汉式(线程安全，同步方法)

class Singleton {
	private static Singleton instance;

	private Singleton(){}
	
	// 提供一个静态的公用方法，即当使用该方法时，才去创建对象实例
	public static synchronized Singleton getInstance() {
		if(instance == null) {
			instance = new Singleton();
		}

		return instance;
	}

}

说明：

1. 解决了线程安全问题；
2. 但是效率太低了，每个线程在获取类的实例时都要进行同步，按理说这个方法只需要执行一次实例化代码就够了，后面获取实例只需要return就行了；

4、双重检查机制

public class Singleton {
	private static Singleton instance;

	private Singleton(){}

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

}

说明：

1. 假如线程A、B 同时进入了第一种检查 if (instance == null) ，但是线程 A 进入了synchronized (Singleton.class) 中，创建了对象，随后线程 B 也进入了 synchronized (Singleton.class)，但是在第二层检查 if(instance == null) 时，instance已经存在，不通过，就没有创建对象了。之后的线程再进入访问时，在第一层检查就不通过，直接返回instance，这样避免反复进行同步，提高了效率；
2. 这种方法即实现了延迟加载，又避免了方法的多次同步，效率较高；

现在再看，上面的代码真的就是线程安全的吗？
上述代码instance = new Singleton(); jvm在创建对象时，内部发生了4步：

1. 分配对象的内存空间
2. 初始化对象
3. 设置instance指向内存空间
4. A线程初次访问对象
   
   但是jvm内部会通过指令重排去优化程序性能，同样在这里也会因指令重排而产生问题

所以还需要加上volatile关键字，防止指令重排带来的并发读取问题

public class Singleton {
	private volatile static Singleton instance;

	private Singleton(){}

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

}

关于volatile关键字参考 面试官最爱的volatile

5、静态内部类实现方式

public class Singleton {
	private static Singleton instance;

	private Singleton(){}

	// 静态内部类，类的实例为其中有一个静态属性
	private static class SingletonInstace {
		private static final Singleton INSTANCE = new Singleton();
	}

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

}

说明：

1. 外部类的装载不会导致静态内部类的装载，Singleton类在装载时并不会立即装载静态内部类 SingletonInstace ，而是在调用getInstance方法时，才会去装载 SingletonInstance 类，从而完成Singleton类的实例化，这保证了懒加载；
2. 当我们在加载静态内部类的时候才会去实例化它(new Singleton() ），而在装载这个类的时候别的线程是无法进入的，保证了线程的安全；
3. 这种方法利用了类的装载机制保证了线程安全，又利用了静态内部类的特点实现了延迟加载，保证了安全和效率；