设计模式四：单例模式

定义：

保证一个类仅有一个实例，并提供一个访问它的全局访问点。

类图：

分类：
    单例模式可分为有状态的和无状态的。有状态的单例对象一般也是可变的单例对象，多个单态对象在一起就可以作为一个状态仓库一样向外提供服务。没有状态的单例对象也就是不变单例对象，仅用做提供工具函数。

源码：

饿汉式

/**
 * 1.他们的构造函数都是私有的，彻底断开了使用构造函数来得到类的实例的通道，
 * 但是这样也使得类失去了多态性（大概这就是为什么有人将这种模式称作单态模式）
 * 2.就java语言来说，这种方式更符合java语言本身的特点。
 */
public class Singleton {

	private static Singleton instance = new Singleton();

	private Singleton() {}

	// 静态工厂方法，提供了一个供外部访问得到对象的静态方法　　
	public static Singleton getInstance() {
		return instance;
	}
}

懒汉式

/**
 * 1.对静态工厂方法进行了同步处理，原因很明显——为了防止多线程环境中产生多个实例；而在第一种方式中则不存在这种情况。
 * 2.这种方式中将类对自己的实例化延迟到第一次被引用的时候。而在第一种方式中则是在类被加载的时候实例化，
 * 这样多次加载会照成多次实例化。但是这种方式由于使用了同步处理，在反应速度上要比第一种慢一些。
 */
public class Singleton {

	private static Singleton instance = null;
	
	private Singleton(){}
	
	public static synchronized Singleton getInstance() {
		// 这个方法比上面有所改进
		if (instance == null){
			instance = new Singleton();
		}
		return instance;
	}
}

/**
 * 使用静态内部类也能实现懒汉式加载，而且是线程安全的
 */
public class Singleton {
	
    static class SingletonHolder {     
        static Singleton instance = new Singleton();     
    }     
    
    public static Singleton getInstance() {     
        return SingletonHolder.instance;     
    } 
	
}

扩展:

    以上两种实现方式均失去了多态性，不允许被继承。还有另外一种灵活点的实现，将构造函数设置为受保护的，这样允许被继承产生子类。这种方式在具体实现上又有所不同，可以将父类中获得对象的静态方法放到子类中再实现；也可以在父类的静态方法中进行条件判断来决定获得哪一个对象；在GOF中认为最好的一种方式是维护一张存有对象和对应名称的注册表（可以使用HashMap来实现）。下面的实现参考《java与模式》采用带有注册表的方式。

代码：

/**
 * 测试类
 */
public class Test {

	public static void main(String[] args) {
		SingletonChildA.getInstance().test();
	}

}

/**
 * 单例模式（可扩展）
 */
public abstract class Singleton{

	// 用来存放对应关系
	private static HashMap sinRegistry = new HashMap();

	// 受保护的构造函数
	protected Singleton(){}

	protected static Singleton getInstance(String name){
		if (name == null)
			name = "Singleton";
		if (sinRegistry.get(name) == null){
			try {
				sinRegistry.put(name, Class.forName(name).newInstance());
			} catch (Exception e){
				e.printStackTrace();
			}
		}
		return (Singleton) (sinRegistry.get(name));
	}

	public abstract void test();

}

public class SingletonChildA extends Singleton {

	//单例
	private SingletonChildA() {}

	public static SingletonChildA getInstance(){
		return (SingletonChildA) Singleton.getInstance("com.bestaone.pattern.singleton.SingletonChildA");
	}

	public void test(){
		System.out.println("SingletonChildA test!");
	}

}

单例模式邪恶论：
    看这题目也许有点夸张，不过这对初学者是一个很好的警告。单例模式在java中的使用存在很多陷阱和假象，这使得没有意识到单例模式使用局限性的你在系统中布下了隐患……
    其实这个问题早在2001年的时候就有人在网上系统的提出来过，我在这里只是老生常谈了。但是对于大多的初学者来说，可能这样的观点在还很陌生。下面我就一一列举出单例模式在java中存在的陷阱。

多个虚拟机

    当系统中的单例类被拷贝运行在多个虚拟机下的时候，在每一个虚拟机下都可以创建一个实例对象。在使用了EJB、JINI、RMI技术的分布式系统中，由于中间件屏蔽掉了分布式系统在物理上的差异，所以对你来说，想知道具体哪个虚拟机下运行着哪个单例对象是很困难的。
    因此，在使用以上分布技术的系统中，应该避免使用存在状态的单例模式，因为一个有状态的单例类，在不同虚拟机上，各个单例对象保存的状态很可能是不一样的，问题也就随之产生。而且在EJB中不要使用单例模式来控制访问资源，因为这是由EJB容器来负责的。在其它的分布式系统中，当每一个虚拟机中的资源是不同的时候，可以考虑使用单例模式来进行管理。

多个类加载器
    当存在多个类加载器加载类的时候，即使它们加载的是相同包名，相同类名甚至每个字节都完全相同的类，也会被区别对待的。因为不同的类加载器会使用不同的命名空间（namespace）来区分同一个类。因此，单例类在多加载器的环境下会产生多个单例对象。
    也许你认为出现多个类加载器的情况并不是很多。其实多个类加载器存在的情况并不少见。在很多J2EE服务器上允许存在多个servlet引擎，而每个引擎是采用不同的类加载器的；浏览器中applet小程序通过网络加载类的时候，由于安全因素，采用的是特殊的类加载器，等等。
    这种情况下，由状态的单例模式也会给系统带来隐患。因此除非系统由协调机制，在一般情况下不要使用存在状态的单例模式。

错误的同步处理
    在使用上面介绍的懒汉式单例模式时，同步处理的恰当与否也是至关重要的。不然可能会达不到得到单个对象的效果，还可能引发死锁等错误。因此在使用懒汉式单例模式时一定要对同步有所了解。不过使用饿汉式单例模式就可以避免这个问题。

子类破坏了对象控制
    在上一节介绍最后一种扩展性较好的单例模式实现方式的时候，就提到，由于类构造函数变得不再私有，就有可能失去对对象的控制。这种情况只能通过良好的文档来规范。

串行化（可序列化）
    为了使一个单例类变成可串行化的，仅仅在声明中添加“implements Serializable”是不够的。因为一个串行化的对象在每次返串行化的时候，都会创建一个新的对象，而不仅仅是一个对原有对象的引用。为了防止这种情况，可以在单例类中加入readResolve方法。关于这个方法的具体情况请参考《Effective Java》一书第57条建议。

    其实对象的串行化并不仅局限于上述方式，还存在基于XML格式的对象串行化方式。这种方式也存在上述的问题，所以在使用的时候要格外小心。

思考：
以前遇到过这样一个问题“多线程下单例中的方法是不是阻塞式的”，我简单的认为是阻塞式的，认为一个线程在单例的方法中阻塞住了，那么后续的方法将同样被阻塞，但事实不是这样的（但使用synchronized可以实现）。

实例：

/**
 * 测试类
 */
public class Test {

	public static void main(String[] args) {
		
		Thread t1 = new Thread(new UserA());
		t1.start();
		
		Thread t2 = new Thread(new UserB());
		t2.start();
		
	}
	
}

public class UserA implements Runnable{

	@Override
	public void run() {
		Singleton.getInstance().print("A");
	}

}

public class UserB implements Runnable{

	@Override
	public void run() {
		Singleton.getInstance().print("B");	
	}

}

/**
 * 单例
 */
public class Singleton {

	private static Singleton instance = new Singleton();

	private Singleton() {}

	public static Singleton getInstance() {
		return instance;
	}
	
	/**
	 * 1.方法前不加synchronized，则输出为
	 * 	进入：A
	 *	进入：B
	 *	离开：A
	 *	离开：B
	 * 2.方法前使用synchronized，则输出为（其一）
	 * 	进入：A
	 *	进入：A
	 *	离开：B
	 *	离开：B
	 *
	 *	说明单例中的方法并不是独占式的，也就是方法阻不阻塞和是单例没有关系，
	 *	如果希望是阻塞的，那么就得使用synchronized
	 */
	public synchronized void print(String name){
		System.out.println("进入："+name);
		try {
			Thread.sleep(3000);
		} catch (InterruptedException e) {
			e.printStackTrace();
		}
		System.out.println("离开："+name);
	}
	
}