大话设计模式—单例模式

单例模式（Singleton Pattern）是 Java 中最简单的设计模式之一。这种类型的设计模式属于创建型模式，它提供了一种创建对象的最佳方式。

这种模式涉及到一个单一的类，该类负责创建自己的对象，同时确保只有单个对象被创建。这个类提供了一种访问其唯一的对象的方式，可以直接访问，不需要实例化该类的对象。

单例模式：

1、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；
2、当一个全局使用的类被频繁的创建和销毁；或者你要控制实例的数目，节省系统资源的时候，可以考虑使用单例模式；
3、实现：判断系统是否存在这个单例，如果存在则返回，否则，创建；
4、构造函数私有；

注意：

1、单例类只能有一个实例。
2、单例类必须自己创建自己的唯一实例。
3、单例类必须给所有其他对象提供这一实例。

单例模式的几种实现方式：

1、懒汉式（lazy loading）

package com.dfcDemo;

import org.apache.commons.logging.Log;
import org.apache.commons.logging.LogFactory;

/** * 第一次调用才初始化，避免内存浪费。 * 但是必须加锁 synchronized 才能保证单例，但加锁会影响效率。 * getInstance() 的性能对应用程序不是很关键（该方法使用不太频繁） * @author lmb * */
public class SingletonLazy {

    private static Log logger =  LogFactory.getLog(SingletonLazy.class);
    private static SingletonLazy instance;

    private SingletonLazy(){
        logger.info("singleton is constructing");
    }

    public static synchronized SingletonLazy getInstance(){
        if(instance == null){
            instance = new SingletonLazy();//用到该类实例的时候再去初始化
        }
        return instance;
    }

    public static void main(String[] args) {
        logger.info("main方法开始执行---");
        //同时开启100个线程去调用getInstance()方法
        for (int i = 0; i <= 100; i++) {
            new Thread(new Runnable(){
                @Override
                public void run() {
                    SingletonLazy.getInstance();
                }
            }).start();
        }
        logger.info("main方法执行结束---");
    }
}

运行结果：

2016-03-17 11:16:04 INFO  com.dfcDemo.SingletonLazy  - main方法开始执行---
2016-03-17 11:16:04 INFO  com.dfcDemo.SingletonLazy  - singleton is constructing
2016-03-17 11:16:04 INFO  com.dfcDemo.SingletonLazy  - main方法执行结束---

2、饿汉式

package com.dfcDemo;

import org.apache.commons.logging.Log;
import org.apache.commons.logging.LogFactory;

/** * 类加载时就初始化，浪费内存 * @author lmb * */
public class SingletonHungry {

    private static Log logger =  LogFactory.getLog(SingletonHungry.class);
    private static SingletonHungry instance = new SingletonHungry();//首次加载该类的时候就初始化

    private SingletonHungry(){
        logger.info("singleton is constructing");
    }

    public static SingletonHungry getInstance(){
        return instance;
    }

    public static void main(String[] args) {
        logger.info("main方法开始执行---");
        //同时开启100个线程去调用getInstance()方法
        for (int i = 0; i <= 100; i++) {
            new Thread(new Runnable(){
                @Override
                public void run() {
                    SingletonHungry.getInstance();
                }
            }).start();
        }
        logger.info("main方法执行结束---");
    }
}

运行结果：

2016-03-17 11:16:23 INFO  com.dfcDemo.SingletonHungry  - singleton is constructing
2016-03-17 11:16:23 INFO  com.dfcDemo.SingletonHungry  - main方法开始执行---
2016-03-17 11:16:23 INFO  com.dfcDemo.SingletonHungry  - main方法执行结束---

3、双检锁/双重校验锁（DCL，即 double-checked locking）

实现原理：我们不让线程每次都加锁，而只是在实例未被创建的时候再加锁。同时也能保证多线程的安全，对于instance存在的情况就直接返回；当instance不存在，并且同时有两个线程调用getInstance()方法时，它们都可以通过第一重instance == null判断，然后由于synchronizd锁机制，两个线程只有一个能进入，另一个在外排队等候，必须要其中的一个进入并出来之后另一个才能进入。如果没有了第二重的instance == null的判断，则第一个线程创建了实例，第二个线程还是可以载继续创建实例的。

package com.dfcDemo;

import org.apache.commons.logging.Log;
import org.apache.commons.logging.LogFactory;

/** * 这种方式采用双锁机制，安全且在多线程情况下能保持高性能; * getInstance() 的性能对应用程序很关键 * @author lmb * */
public class SingletonDCL {

    private static Log logger =  LogFactory.getLog(SingletonDCL.class);
    /** * 用volatile修饰的变量，线程在每次使用变量的时候，都会读取变量修改后的最新的值， * 即jvm虚拟机只是保证从主内存加载到线程工作内存的值是最新的； */
    private volatile static SingletonDCL instance;

    private SingletonDCL(){
        logger.info("singleton is constructing");
    }

    public static SingletonDCL getInstance(){
        if (instance == null) {
            synchronized (SingletonDCL.class) {
                if (instance == null) {
                    instance = new SingletonDCL();//用到该类实例的时候再去初始化
                }
            }
        }
        return instance;
    }

    public static void main(String[] args) {
        logger.info("main方法开始执行---");
        //同时开启100个线程去调用getInstance()方法
        for (int i = 0; i <= 100; i++) {
            new Thread(new Runnable(){
                @Override
                public void run() {
                    SingletonDCL.getInstance();
                }
            }).start();
        }
        logger.info("main方法执行结束---");
    }
}

运行结果：

2016-03-17 11:30:55 INFO  com.dfcDemo.SingletonDCL  - main方法开始执行---
2016-03-17 11:30:55 INFO  com.dfcDemo.SingletonDCL  - singleton is constructing
2016-03-17 11:30:55 INFO  com.dfcDemo.SingletonDCL  - main方法执行结束---

比较：

由于饿汉式，即静态初始化的方式，它是类一加载就实例化的对象，所以要提前占用系统资源。而懒汉式，又会面临着多线程访问的安全性问题，需要做双重锁定这样的处理才可以保证安全。所以，到底是用哪一种方式取决于实际的需求。

实用类与单例类比较：

实用类通常也会采用私有化的构造方法来避免其有实例，但它们还是有很多不同的：

1、实例类不保存状态，仅提供一些静态方法或静态属性，而单例类是有状态的；
2、实用类不能用于继承和多态，而单例类虽然实例唯一，但是可以有子类来继承；
3、实用类是一些方法属性的集合而单例却有着唯一的对象实例。