设计模式对于编写程序来说十分重要，它是一种编写技巧，也是一种艺术理念。
单例模式
指一个类只有一个实例，且该类能自行创建这个实例的一种模式。
单例模式的 3 个特点：
1.单例类只有一个实例对象；
2.该单例对象必须由单例类自行创建；
3.单例类对外提供一个访问该单例的全局访问点
单例模式的结构与实现
单例模式分为两个部分：
1、单例类：包含一个实例且能自行创建这个实例的类
2、访问类：使用单例的类
单例模式的两种实现形式：
1、懒汉式单例
class LazySingleton {
private static LazySingleton instance = null;
private LazySingleton() {}
public static LazySingleton getInstance() {
if (null==instance) {
instance = new LazySingleton();
}
return instance;
}
}
从代码中可以看到，在类加载时，并没有生成单例，静态成员变量赋值为null，在第一次调用getInstance时创建实例。
2、饿汉式单例
class HungrySingleton {
private static HungrySingleton instance = new HungrySingleton();
private HungrySingleton() {}
public static HungrySingleton getInstance() {
return instance;
}
}
从代码中可以看到，类创建的同时创建里一个静态对象，这种用法的好处是静态对象创建之后不会再改变，所以它是线程安全的，可以直接用于多线程。
那么懒汉式有没有办法做到线程安全呢？当然可以：
class LazySingleton {
private static volatile LazySingleton instance = null;
private LazySingleton() {}
public static LazySingleton getInstance() {
if (null==instance) {
synchronized (LazySingleton.class) {
if (null==instance) {
instance = new LazySingleton();
}
}
}
return instance;
}
}
上面的代码使用了双重检查加锁来确保线程安全，首先为什么不在getInstance直接加上synchronized关键字呢？
首先确保线程安全是确保instance的初始化线程安全，如果instance已经完成初始化了，之后的getInstance将会直接返回，但是由于synchronized此方法被上锁了，所以对性能产生影响。
接下来分析双重检查加锁，线程1进入getInstance，由于instance为null，线程1进入synchronized块，线程1让出cpu给到线程2，线程2进入getInstance方法，instance为null，尝试获取锁，获取失败进入阻塞，线程2让出cpu，线程1执行，初始化instance，退出synchronized并返回，线程2获取锁之后检查instance是否为null，由于此时instance已经初始化结束，线程2返回。
以为这样就结束了？并没有，由于java内存模型运行无序写入，双重检查加锁并不能保证一定顺利进行。
原因：在初始化阶段，线程1在构造函数执行之前，使得实例成为非null，并让出cpu，线程2检查实例非null直接返回构造结束但只有部分初始化instance引用对象。
所以，相对于通常懒汉式单例，双重检查加锁模式在instance声明上加上了volatile关键字，volatile关键字的一个功能就是禁止指令重排。
案例：
enum Subject {
// 班主任，语文老师，数学老师，英语老师
HEADMASTER,CHINESE,MATH,ENGLISH
}
static class Student {
public Teacher headMaster;
public Teacher english;
public Teacher chinese;
public Teacher math;
public Student() {}
}
static class Teacher {
private static Teacher instance = null;
public Subject subject;
public String name;
private Teacher() {
}
private Teacher(Subject subject, String name) {
this.subject = subject;
this.name = name;
}
public static Teacher getInstance() {
if (null==instance) {
instance = new Teacher(Subject.HEADMASTER,"老谷");
}
return instance;
}
}
上面新建了两个类和一个枚举，教师类是单例类，而学生类是访问类，接下来看测试代码：
@Test
public void main() {
final int studentNum = 20;
List students = new ArrayList<>(studentNum);
for (int i = 0; i < studentNum; i++) {
students.add(new Student());
}
for (int i = 0; i < studentNum; i++) {
students.get(i).headMaster = Teacher.getInstance();
}
for (int i = 0; i < studentNum; i+=4) {
System.out.println(String.format("学生编号：%d 的班主任是：%s 存储地址是：%s"
,i
,students.get(i).headMaster.name
,students.get(i).headMaster));
}
}
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输出结果：
学生编号：0 的班主任是：老谷 存储地址是：$Teacher@1b9e1916
学生编号：4 的班主任是：老谷 存储地址是：$Teacher@1b9e1916
学生编号：8 的班主任是：老谷 存储地址是：$Teacher@1b9e1916
学生编号：12 的班主任是：老谷 存储地址是：$Teacher@1b9e1916
学生编号：16 的班主任是：老谷 存储地址是：$Teacher@1b9e1916
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从上面的例子可以看到，所有的学生都拥有同一个班主任，老师类不是唯一的，但是对于学生来说，班主任是唯一的，语文老师，数学老师，英语老师也是唯一的，扩展：
static class Teacher {
private static Map instance = new HashMap<>(8);
public Subject subject;
public String name;
private Teacher(Subject subject, String name) {
this.subject = subject;
this.name = name;
}
public static Teacher getInstance(Subject subject) {
Teacher teacher = instance.get(subject);
if (null==teacher) {
switch (subject) {
case HEADMASTER:
teacher = new Teacher(subject,"老谷");
break;
case CHINESE:
teacher = new Teacher(subject,"老刘");
break;
case MATH:
teacher = new Teacher(subject,"老李");
break;
case ENGLISH:
teacher = new Teacher(subject,"老张");
break;
default:
throw new IllegalArgumentException("Error subject!");
}
instance.put(subject, teacher);
}
return teacher;
}
}
@Test
public void main() {
final int studentNum = 20;
List students = new ArrayList<>(studentNum);
for (int i = 0; i < studentNum; i++) {
students.add(new Student());
}
for (int i = 0; i < studentNum; i++) {
students.get(i).headMaster = Teacher.getInstance(Subject.HEADMASTER);
students.get(i).chinese = Teacher.getInstance(Subject.CHINESE);
students.get(i).math = Teacher.getInstance(Subject.MATH);
students.get(i).english = Teacher.getInstance(Subject.ENGLISH);
}
for (int i = 0; i < studentNum; i+=10) {
Student student = students.get(i);
System.out.println(String.format("学生编号：%d 的班主任是：%s 存储地址是：%s , " +
"语文老师是：%s 存储地址是：%s ," +
"数学老师是：%s 存储地址是：%s ," +
"英语老师是：%s 存储地址是：%s ."
,i
,student.headMaster.name
,student.headMaster
,student.chinese.name
,student.chinese
,student.math.name
,student.math
,student.english.name
,student.english));
}
}
----------------------------------------------------------------------
学生编号：0 的班主任是：老谷 存储地址是：$Teacher@3b764bce , 语文老师是：老刘 存储地址是：$Teacher@759ebb3d ,数学老师是：老李 存储地址是：$Teacher@484b61fc ,英语老师是：老张 存储地址是：$Teacher@45fe3ee3 .
学生编号：10 的班主任是：老谷 存储地址是：$Teacher@3b764bce , 语文老师是：老刘 存储地址是：$Teacher@759ebb3d ,数学老师是：老李 存储地址是：$Teacher@484b61fc ,英语老师是：老张 存储地址是：$Teacher@45fe3ee3 .
----------------------------------------------------------------------
为将单例类改为多例类，以静态hashmap保存teacher实例，以subject作为key值，从代码的输出可以看到，每个学生都拥有4个单例对象，分别对应班主任、语文、数学、英语，四位老师。
kotlin实现
饿汉式：
object Teacher {
val subject = Subject.HEADMASTER
val name = "老谷"
}
懒汉式：
class Teacher private constructor(val subject: Subject,val name:String) {
companion object {
private var instance:Teacher?=null
get() {
if (field==null) {
field = Teacher(Subject.HEADMASTER,"老谷")
}
return field
}
fun getSingleton():Teacher {
return instance!!
}
}
}
线程安全式：
class Teacher private constructor(val subject: Subject,val name:String) {
companion object {
val instance:Teacher by lazy(mode=LazyThreadSafetyMode.SYNCHRONIZED) {
Teacher(Subject.HEADMASTER,"老谷")
}
}
}