23种设计模式之单例模式

意图

确保某一个类只有一个实例，而且实例化并向整个系统提供这个实例。

适用性

确保某个类有且只有一个对象的场景，避免产生多个对象消耗过多的资源，或者某种类型的对象只应该有且只有一个。例如，创建一个对象需要消耗的资源过多，如要访问IO和数据库等资源。

类图

image.png

关键点

1.构造函数不对外开放，一般为Private;
2.通过一个静态方法或者枚举返回单例类对象；
3.确保单例类的对象有且只有一个，尤其是在多线程环境下；
4.确保单例类对象在反序列化时不会重新构建对象；

单例模式的6种实现方式

饿汉模式

public class Singleton {
    private static final Singleton instance = new Singleton();

    private Singleton(){
    }

    public static Singleton getInstance(){
        return instance;
    }

}

懒汉模式

public class Singleton{
    private static Singleton instance;

    private Singleton(){
    }

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

懒汉模式优点：
单例只有在使用时才会实例化，在一定程度上节约了资源；
懒汉模式缺点：
1.第一次加载时需要及时进行实例化，反应稍慢；
2.每次调用getInstance都进行同步，造成不必要的同步开销。
结论：这种模式一般不建议使用。

Double Check Lock(DCL)实现单例（推荐使用）

public class Singleton{
    private volatile static Singleton instance = null;

    private Singleton(){
    }

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

由于Java编译器允许处理器乱序执行，在JDK1.5之前可能会存在DCL失效问题，SUN官方在JDK1.5之后调整了JVM，具体化了volatile关键字，保证instance对象每次都是从主内存内读取。当然，volatile或多或少会影响到性能，但考虑到程序的正确性，牺牲这点性能是值得的。

DCL模式优点：
资源利用率高，第一次执行getInstance时单例对象才会实例化，效率高。
DCL模式缺点：
第一次加载时反应稍慢，必须在高于JDK1.5的版本上使用。
总结：DCL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，并且能够在大多数场景下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者低于JDK1.6版本下使用，否则，这种方式一般能满足需求。

静态内部类单例模式（强烈推荐）

public class Singleton {

private Singleton() {
}

public static Singleton getInstance() {
    return SingletonHolder.instance;
}

private static class SingletonHolder {
    private static final Singleton instance = new Singleton();
}

}

当第一次加载Singleton类时并不会初始化instance,只有第一次调用getInstance方法会导致instance被初始化。因此，第一次调用getInstance方法会导致虚拟机加载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。

枚举单例

public enum SingletonEnum {
    INSTANCE;

    public void doSomething(){
        
    }
}

之前提到的饿汉模式、懒汉模式、DCL模式、静态内部类模式都没有考虑反射和序列化机制，通过反射和序列化可以创建出多个对象。但默认枚举实例的创建时线程安全的，并且在任何情况下都是一个单例，这是枚举这种实现方式最大的优势。

使用容器实现单例模式

public class SingletonManager {
    private static Map objectMap = new HashMap();

    private SingletonManager() {
    }

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

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


}

这种方式使得我们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，降低了用户的使用成本，也对用户隐藏了具体实现，降低了耦合度。