设计模式之--单例模式【小白日记】

概念

一个类有且仅有一个实例，并自行实例化向整个系统提供这个实例。

使用场景

确保某个类有且仅有一个类的实例（对象），避免产生过多的实例消耗资源，或者某些需求中，只需一个对象的情况。譬如，
IO操作或者数据库连接类的相关对象，对性能消耗过大地操作，或者频繁地创建和销毁的对象，就需要考虑是否使用该模式。

特点

1. 构造函数不对外开放，修饰符为private；
2. 单例类的实例（对象）有且仅有一个，尤其是多线程中；
3. 确保单例类对象在反序列化时不会重新构建对象；
4. 单例类必须自己创建自己的唯一实例（通过静态方法或者枚举返回单例类实例）。

注意：getInstance()方法中需要使用同步锁 synchronized (Singleton.class) 防止多线程同时进入造成instance被多次实例化。

优点

1. 系统内存里只有一个对象实例，降低内存消耗；
2. 避免对资源的多重占用，比如对文件的读写。

缺点

1. 没有接口，也无法继承；
2. 不符合单一职责原则，一个类应该只关心内部实现逻辑，而不应该关心外部如何去实例化它；

简单示例

public class SingletonClass {
	// 创建SingletonClass实例
	private static SingletonClass singleInstance = new SingletonClass();

	// 私有的构造函数，防止通过构造函数实例化对象
	private SingletonClass(){}

	// 获取实例
	public static SingletonClass getInstance() {
		return singleInstance;
	}  
} 

调用方式

public class SingletonPatternTest {
   public static void main(String[] args) {
      //获取唯一可用的对象
      SingletonClass singletonObj = SingletonClass.getInstance();
   }
}

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其他实现方式

• 懒汉模式一

  懒汉模式是声明一个静态对象，并且在用户第一次调用getInstance时进行初始化。这种方式是最基本的实现方式，由于没有加同步锁 synchronized，所以它不支持多线程。严格来讲，算不上单例模式。

// 懒汉模式一，不要求线程安全，不适用于多线程中
public class SingletonClass {
	private static SingletonClass singleInstance;
	
	private SingletonClass(){}

	public static SingletonClass getInstance() {
		if (null == singleInstance) {
			singleInstance = new SingletonClass();
		}
		return singleInstance;
	}  
} 

• 懒汉模式二

  此方式添加了同步锁 synchronized，所以它能够支持多线程。但是，效率很低，99% 情况下不需要同步。

// 懒汉模式二，要求线程安全，适用于多线程中
public class SingletonClass {
	private static SingletonClass singleInstance;
	
	private SingletonClass(){}

	public static synchronized SingletonClass getInstance() {
		if (null == singleInstance) {
			singleInstance = new SingletonClass();
		}
		return singleInstance;
	}  
} 

总结：懒汉模式的优点是单例只有在使用时才被实例化，在一定程度上节约了资源开销；缺点是第一次加载时需要即时进行实例化，反应稍慢，
而且每次调用getInstance都进行同步，造成不必要的同步开销，这种模式不推荐使用。

• 饿汉模式

  此模式基于classloader机制避免了多线程的同步问题，但是，instance在加载的时候就已经实例化了，导致类装载的方式有很多种，在单例模式中，大多数都是调用getInstance方法导致的，当然也不排除其他方式（或者其他静态方法）导致类装载。这时候初始化显然是没有达到懒加载的效果。

public class SingletonClass {
	private static SingletonClass singleInstance = new SingletonClass();
	
	private SingletonClass(){}

	public static SingletonClass getInstance() {		
		return singleInstance;
	}  
} 

总结：
	优点：没有同步锁，执行效率高；
	缺点：类加载时就初始化，浪费内存资源；

• Double Checke Lock（DCL）双重校验锁/双检锁模式

  此模式采用双锁机制，安全且在多线程情况下能保持高性能。既能在需要的时才初始化单例，又能保证线程安全，且对象实例化后调用getInstance不进行同步锁。getInstance()的性能对应用程序很关键。

public class SingletonClass {

	private static volatile SingletonClass singleInstance = null;
	
	private SingletonClass(){}

	public static SingletonClass getInstance() {
		if (null == singleInstance) {// 避免不必要的同步
			synchronized (SingletonClass.class) {
				if (null == singleInstance) {// 在未实例化的情况下才创建实例
					singleInstance = new SingletonClass();
				}
			}
		}
		
		return singleInstance;
	}  
} 

总结：
	DCL优点：资源利用率高，第一次执行getInstance时单例对象才会被初始化，效率高。
	
	DCL缺点：第一次加载反应稍慢，也由于Java内存模型的原因偶尔会失败（Java编译器允许处理器乱序执行程序指令，JDK1.6后修复），
	在高并发情况下也有一定的缺陷，但是发生频率很小。
	
	此模式是使用最多的单例实现方式，它能够在需要时才实例化单例对象，并且能够在绝大多数场景中保证单例对象的唯一性，
	除非你的代码在并发场景比较复杂或低于JDK6版本下使用，否则，此方式一般能够满足需求。

• 静态内部类模式

  静态内部类模式主要用于弥补DCL模式的缺陷（即DCL失效）。

public class SingletonClass {
	
	private SingletonClass(){}

	public static SingletonClass getInstance() {
		return SingletonHolder.singleInstance;
	}

	/** 静态内部类 */
	private static class SingletonHolder {
		private static final SingletonClass singleInstance = new SingletonClass();
	} 
} 

总结：
	静态内部类模式，首次加载SingletonClass类时并不会初始化singleInstance，
	只有在第一次的调用getInstance()方法时才会加载SingletonHolder类，这种方式不仅能够确保线程安全，
	也能够保证单例对象的唯一性，同时也延迟了单例的实例化。推荐使用的单例模式。

• 枚举模式

  枚举模式是最简单的单例实现方式，也是最佳的单例实现方式。简洁，自动支持序列化机制，绝对防止多次实例化。由于 JDK1.5 之后才加入 enum 特性，用这种方式写不免让人感觉生疏，在实际工作中，也很少用。

public enum SingletonClass {
	INSTANCE;
	public void doSth() {
		// TO DO
	}
} 

总结：枚举单例模式的最大优点就是写法非常简单。枚举在Java中与普通的类一样，不仅能够有字段，还能够有自己的方法，
最重要的是默认枚举实例的创建是线程安全的，并且在任何情况下都是一个单例。

• 容器模式

  容器模式，是将不同的单例对象放在Map中，通过key获取对象对应的类型的对象。代码如下：

public class SingletonClass {

	private static Map map = new HashMap();

	private SingletonClass() {}
	
	public static void registerService(String key, Object instance) {
		if (!map.containsKey(key)) {
			map.put(key, instance);
		}
	}

	public static Object getService(String key) {
		return map.get(key);
	}
} 

总结：容器模式可以管理多种类型的单例，并且在使用时可以通过统一的接口进行获取操作，降低使用成本，隐藏了具体实现，
降低了耦合度。

正常情况下，建议使用【饿汉模式】，如果要明确实现懒加载效果，可使用【静态内部类模式】，如果涉及反序列化创建对象时，建议采用【枚举模式】，如果想管理多种类型的单例，可以考虑【容器模式】，特殊需求，可以试试【双检锁模式】。

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