单例模式详解

1. 单例模式

采取一定的方法保证在整个的软件系统中，对某个类只存在一个对象实例，并且该类只提供一个取得其对象实例的方法（静态方法）

1.1 饿汉式

1.1.1 静态常量

步骤如下：

（1）构造器私有化（防止new）

（2）类的内部创建对象

（3）向外暴露一个静态的公共方法，getInstance

class Singleton{
    //1.构造器私有化，防止new
    private Singleton(){}
    
    //2.本类内部创建对象实例
    private final static Singletoninstance = new Singleton();
    
    //3.提供一个公有的静态方法，返回实例对象
    public static Singleton getInstance(){
        return instance;
    }
}

优点：比较简单，在类装载的时候完成实例化，避免线程同步问题

缺点：在类装载的时候完成实例化，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

1.1.2 静态代码块

class Singleton{
    
    private static Singleton instance;
    
    //在静态代码块执行时，创建单例对象
    static {
        isntance = new Singleton()
    }
    
    private Singleton(){}
    
    public static Singleton getInstance(){
        return instance;
    }
}

将类实例化的过程放在静态代码块中，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，优缺点同上

1.2 懒汉式

1.2.1 线程不安全

class Singleton{
    private static Singleton instance;
    
    //构造函数私有化，防止new
    private Singleton{}
    
    //提供一个静态的公有方法，当使用到该方法时，才去创建instance，即懒汉式
    public static Singleton getInstance(){
        if(instance == null){
            instance = new Singleton();
        }
        return instance;
    }
}

优点：起到了Lazy Loading的效果，但是只能在单线程下使用

如果在多线程下，一个线程进入了if(singleton == null),还没有来得及往下执行，另一个线程也通过了这个判断语句，这样就会产生多个实例，所以在多线程环境下不可以使用这种方式。

结论：在实际开发中不要用这种方式

1.2.2 线程安全，同步方法

class Singleton{
    private static Singleton instance;
    
    //构造函数私有化，防止new
    private Singleton{}
    
    //提供一个静态的公有方法，加入同步处理的代码
    public static synchronized Singleton getInstance(){
        if(instance == null){
            instance = new Singleton();
        }
        return instance;
    }
}

优缺点：解决了线程不安全的问题，但是效率太低，每个线程在想获得类的实例时候，执行getInstance()方法都要同步

1.2.3 线程安全，同步代码块(其实是线程不安全的)

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

本意是对上一种方法的改造，因为前面同步方法效率太低，改为同步产生实例化的代码块

但是这种同步并不能起到线程同步的作用，跟1.2.1的问题一致，如果一个线程进入了if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，这时就会产生多个实例

结论：在实际开发中，不能使用这种方法

1.2.4 双重检查

class Singleton{
    private static volatile Singleton singleton;
    
    private Singleton{}
    
    //提供一个静态的公有方法，加入双重检查代码，解决线程安全问题，同时解决懒加载问题，同时保证效率
    public static Singleton getInstance(){
        if(singleton == null){
            synchronized(Singleton.class){
                if(singleton == null){
                    singleton = new Singleton();
                }
            }
        }
        return Singleton;
    }
}

在实际开发中，推荐使用这种方法

1.2.5 静态内部类

tip: 当类被装载的时候线程是安全

class Singleton{
    private static volatile Singleton isntance;
    
    //构造器私有化
    private Singleton{}
    
    //写一个静态内部类，该类中有一个静态属性Singleton
    pricate static class SingletonInstance{
        private static final Singleton INSTANCE = new Singleton()
    }
    
    //提供一个静态的公有方法，直接返回SingletonInstance.INSTANCE
    public static synchronized Singleton getInstance(){
        return SingletonInstance.INSTANCE;
    }
}

优缺点：这种方式采用类装载的机制来保证初始化实例时只有一个线程，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，类的静态属性只会在第一次加载类的时候初始化，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

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

结论：推荐使用

1.2.6 枚举

enum Singleton{
    INSTANCE;
    public void sayOK() {
        System.out.println("ok~");
    }
}

优缺点： 借助JDK1.5中添加的枚举来实现单例模式，不仅能避免多线程的同步问题，而且还能防止反序列化重新创建新的对象

结论：推荐使用

1.3 单例模式在JDK应用的源码分析

在JDK中，java.lang.Runtime就是经典的单例模式，用的是饿汉式，new一个Runtime实例，然后提供静态方法返回实例，是线程安全的

1.4 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，必须要记住使用对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，创建对象时过多或耗费资源过多，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）