设计模式——单例模式

1.为什么要学习设计模式？

编写软件过程中，程序员面临着来自 耦合性，内聚性以及可维护性，可扩展性，重用性，灵活性 等多方面的挑战，设计模式是为了让程序(软件)，具有更好

2.设计模式能解决哪些问题？

1. 代码重用性 ( 即：相同功能的代码，不用多次编写)
2. 可读性 ( 即：编程规范性, 便于其他程序员的阅读和理解)
3. 可扩展性 ( 即：当需要增加新的功能时，非常的方便，称为可维护)
4. 可靠性 ( 即：当我们增加新的功能后，对原来的功能没有影响)
5. 使程序呈现高内聚，低耦合的特性

3.设计模式用在软件中的哪些地方？

面向对象(oo)=>功能模块[设计模式+算法(数据结构)]=>框架[使用到多种设计模式]=> 架构 [服务器集群]

4.掌握设计模式的层次

• 第 1 层：刚开始学编程不久，听说过什么是设计模式
• 第 2 层：有很长时间的编程经验，自己写了很多代码，其中用到了设计模式，但是自己却不知道
• 第 3 层：学习过了设计模式，发现自己已经在使用了，并且发现了一些新的模式挺好用的
• 第 4 层：阅读了很多别人写的源码和框架，在其中看到别人设计模式，并且能够领会设计模式的精妙和带来的好处。
• 第 5 层：代码写着写着，自己都没有意识到使用了设计模式，并且熟练的写了出来。

5.什么是设计模式？

1. 设计模式是程序员在面对同类软件工程设计问题所总结出来的有用的经验，模式不是代码，而是某类问题的通用解决方案，设计模式（Design pattern）代表了最佳的实践。这些解决方案是众多软件开发人员经过相当长的一段时间的试验和错误总结出来的。

2. 设计模式的本质提高 软件的维护性，通用性和扩展性，并降低软件的复杂度。

3. 设计模式并不局限于某种语言，java，php，c++ 都有设计模式.

6.设计模式类型？

设计模式分为三种类型，共 23 种

1. 创建型模式：单例模式、抽象工厂模式、原型模式、建造者模式、工厂模式。

2. 结构型模式：适配器模式、桥接模式、装饰模式、组合模式、外观模式、享元模式、代理模式。

3. 行为型模式：模版方法模式、命令模式、访问者模式、迭代器模式、观察者模式、中介者模式、备忘录模式、解释器模式（Interpreter 模式）、状态模式、策略模式、职责链模式(责任链模式)。

注意：不同的书籍上对分类和名称略有差别

单例设计模式介绍

所谓类的单例设计模式，就是采取一定的方法保证在整个的软件系统中，对某个类只能存在一个对象实例， 并且该类只提供一个取得其对象实例的方法(静态方法)。

比如 Hibernate 的 SessionFactory，它充当数据存储源的代理，并负责创建 Session 对象。SessionFactory 并不是轻量级的，一般情况下，一个项目通常只需要一个 SessionFactory 就够，这是就会使用到单例模式。

1.1 、单例设计模式八种方式

单例模式有八种方式：

1) 饿汉式(静态常量)

2) 饿汉式（静态代码块）

3) 懒汉式(线程不安全)

4) 懒汉式(线程安全，同步方法)

5) 懒汉式(线程安全，同步代码块)

6) 双重检查

7) 静态内部类

8) 枚举

1.1.1 、饿汉式（静态常量）

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 优缺点说明：

1. 优点：这种写法比较简单，就是在类装载的时候就完成实例化。避免了线程同步问题。

2. 缺点：在类装载的时候就完成实例化，没有达到 Lazy Loading 的效果。如果从始至终从未使用过这个实例，则会造成内存的浪费

3. 这种方式基于 classloder 机制避免了多线程的同步问题，不过，instance 在类装载时就实例化，在单例模式中大多数都是调用 getInstance 方法， 但是导致类装载的原因有很多种，因此不能确定有其他的方式（或者其他的静态方法）导致类装载，这时候初始化 instance 就没有达到 lazy loading 的效果

4. 结论：这种单例模式可用，可能造成内存浪费

1.1.2 、饿汉式（静态代码块）

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 优缺点说明：

1. 这种方式和上面的方式其实类似，只不过将类实例化的过程放在了静态代码块中，也是在类装载的时候，就执行静态代码块中的代码，初始化类的实例。优缺点和上面是一样的。
2. 结论：这种单例模式可用，但是可能造成内存浪费

1.1.3、懒汉式(线程不安全)

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 优缺点说明：

1. 起到了 Lazy Loading 的效果，但是只能在单线程下使用。
2. 如果在多线程下，一个线程进入了 if (singleton == null)判断语句块，还未来得及往下执行，另一个线程也通过了这个判断语句，这时便会产生多个实例。所以在多线程环境下不可使用这种方式
3. 结论：在实际开发中，不要使用这种方式.

1.1.4、懒汉式(线程安全，同步方法)

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synchronized是Java中的关键字，是一种同步锁。它修饰的对象有以下几种：
　　 1. 修饰一个代码块，被修饰的代码块称为同步语句块，其作用的范围是大括号{}括起来的代码，作用的对象是调用这个代码块的对象；
　2. 修饰一个方法，被修饰的方法称为同步方法，其作用的范围是整个方法，作用的对象是调用这个方法的对象；
　　3. 修改一个静态的方法，其作用的范围是整个静态方法，作用的对象是这个类的所有对象；
　 　4. 修改一个类，其作用的范围是synchronized后面括号括起来的部分，作用主的对象是这个类的所有对象。

 优缺点说明：

1. 解决了线程安全问题
2. 效率太低了，每个线程在想获得类的实例时候，执行 getInstance()方法都要进行同步。而其实这个方法只执行一次实例化代码就够了，后面的想获得该类实例，直接 return 就行了。方法进行同步效率太低
3. 结论：在实际开发中，不推荐使用这种方式

1.1.5、懒汉式(线程安全，同步代码块)

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不推荐使用

1.1.6、双重检查

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 优缺点说明：

1. Double-Check 概念是多线程开发中常使用到的，如代码中所示，我们进行了两次 if (singleton == null)检查，这样就可以保证线程安全了。
2. 这样，实例化代码只用执行一次，后面再次访问时，判断 if (singleton == null)，直接 return 实例化对象，也避免的反复进行方法同步.
3. 线程安全；延迟加载；效率较高
4. 结论：在实际开发中，推荐使用这种单例设计模式

1.1.7 、静态内部类

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 优缺点说明：

1. 这种方式采用了类装载的机制来保证初始化实例时只有一个线程。

2. 静态内部类方式在 Singleton 类被装载时并不会立即实例化，而是在需要实例化时，调用 getInstance 方法，才会装载 SingletonInstance 类，从而完成 Singleton 的实例化。

3. 类的静态属性只会在第一次加载类的时候初始化，所以在这里，JVM 帮助我们保证了线程的安全性，在类进行初始化时，别的线程是无法进入的。

4. 优点：避免了线程不安全，利用静态内部类特点实现延迟加载，效率高

5. 结论：推荐使用.

1.1.8、枚举

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 优缺点说明：

1. 这借助 JDK1.5 中添加的枚举来实现单例模式。不仅能避免多线程同步问题，而且还能防止反序列化重新创建新的对象。
2. 这种方式是 Effective Java 作者 Josh Bloch 提倡的方式
3. 结论：推荐使用

1.2、 JDK 中源码的应用

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1.3、单例模式注意事项和细节说明

1. 单例模式保证了 系统内存中该类只存在一个对象，节省了系统资源，对于一些需要频繁创建销毁的对象，使用单例模式可以提高系统性能

2. 当想实例化一个单例类的时候，必须要记住使用相应的获取对象的方法，而不是使用 new

3. 单例模式使用的场景：

• 需要频繁的进行创建和销毁的对象、
• 创建对象时耗时过多或耗费资源过多(即：重量级对象)，但又经常用到的对象
• 工具类对象
• 频繁访问数据库或文件的对象 ( 比如数据源、session 工厂等 )

举例一些应用场景：

1. 外部资源：每台计算机有若干个打印机，但只能有一个PrinterSpooler，以避免两个打印作业同时输出到打印机。内部资源：大多数软件都有一个（或多个）属性文件存放系统配置，这样的系统应该有一个对象管理这些属性文件 

2. Windows的Task Manager（任务管理器）就是很典型的单例模式（这个很熟悉吧），想想看，是不是呢，你能打开两个windows task manager吗？ 不信你自己试试看哦~ 

3. windows的Recycle Bin（回收站）也是典型的单例应用。在整个系统运行过程中，回收站一直维护着仅有的一个实例。 

4. 网站的计数器，一般也是采用单例模式实现，否则难以同步。

5. 应用程序的日志应用，一般都何用单例模式实现，这一般是由于共享的日志文件一直处于打开状态，因为只能有一个实例去操作，否则内容不好追加。