Java设计模式--单例模式Singleton

前言

一个类能返回对象一个引用(永远是同一个)和一个获得该实例的方法（必须是静态方法，通常使用getInstance这个名称）

当我们调用这个方法时，如果类持有的引用不为空就返回这个引用，如果类保持的引用为空就创建该类的实例并将实例的引用赋予该类保持的引用。

同时我们还将该类的构造函数定义为私有方法，这样其他处的代码就无法通过调用该类的构造函数来实例化该类的对象，只有通过该类提供的静态方法来得到该类的唯一实例。

单例模式在多线程的应用场合下必须小心使用。
如果当唯一实例尚未创建时，有两个线程同时调用创建方法，那么它们同时没有检测到唯一实例的存在， 从而同时各自创建了一个实例，这样就有两个实例被构造出来，从而违反了单例模式中实例唯一的原则。
解决这个问题的办法是为指示类是否已经实例化的变量提供一个互斥锁 (虽然这样会降低效率)。

应用场景

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。
Spring中的单例模式完成了后半句话，即提供了全局的访问点BeanFactory。但没有从构造器级别去控制单例，这是因为Spring管理的是是任意的Java对象。Spring下默认的Bean均为单例。

归类

创建型模式

特点

保证从系统启动到系统终止，全过程只会产生一个实例。
当我们在应用中遇到功能性冲突的时候，需要使用单例模式。

穷举

配置文件、日历、OC容器

单例的实现主要是通过以下两个步骤：

• 1.将该类的构造方法定义为私有方法，这样其他处的代码就无法通过调用该类的构造方法来实例化该类的对象，只有通过该类提供的静态方法来得到该类的唯一实例；
• 2.在该类内提供一个静态方法，当我们调用这个方法时，如果类持有的引用不为空就返回这个引用，如果类保持的引用为空就创建该类的实例并将实例的引用赋予该类保持的引用。

通常单例模式在Java中，有两种构建方式：

• 懒汉方式。指全局的单例实例在第一次被使用时构建。
• 饿汉方式。指全局的单例实例在类装载时构建。（static代码块中）

模式一:饿汉模式

/**
*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。
*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。
 */
public class SingleInstance1 {
    private static SingleInstance1 single=new SingleInstance1();
    private SingleInstance1(){
        
    }
    public static SingleInstance1 getInstance(){
        return single;
    }

模式二:饿汉模式(静态代码块)

//类加载时就创建实例对象   和模式一的优缺点差不多
public class SingleInstance2 {
    private static SingleInstance2 single=null;
    static{
        single=new SingleInstance2();
    }
    private SingleInstance2(){
        
    }
    public static SingleInstance2 getInstance(){
        return single;
    }
}

模式三:懒汉模式

//懒汉模式   多线程不安全 会创建多个对象
//这种写法起到了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)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。
public class SingleInstance3 {
    private static SingleInstance3 single =null;
    private SingleInstance3 (){
        
    }
    public static SingleInstance3 getInstance(){
        if(single==null){
            single=new SingleInstance3 ();
        }
        return single;
    }
}

模式四:懒汉同步方法模式

//懒汉同步方法模式   (线程安全)  多个线程同时进行效率慢 
/*
 解决上面第三种实现方式的线程不安全问题，做个线程同步就可以了，于是就对getInstance()方法进行了线程同步。
缺点：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要改进。
 */
public class SingleInstance4 {
    private static SingleInstance4 single =null;
    private SingleInstance4 (){
        
    }
    public static synchronized SingleInstance4 getInstance(){
        if(single==null){
            single=new SingleInstance4 ();
        }
        return single;
    }
}

模式五:懒汉同步方法模式

//懒汉式(线程安全，同步代码块)
/*
 * 由于第四种实现方式同步效率太低，所以摒弃同步方法，改为同步产生实例化的的代码块。但是这种同步跟同步方法一样效率慢
 */
public class SingleInstance5 {
    private static SingleInstance5 single =null;
    private SingleInstance5 (){
        
    }
    public static SingleInstance5 getInstance(){
        synchronized(SingleInstance5 .class){
            if(single==null){
                single=new SingleInstance5 ();
            }
        }
        return single;
    }
}

模式六:懒汉双重检查

//双重检查[推荐用]
/*
 * Double-Check概念对于多线程开发者来说不会陌生，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。
 * 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。
 * 优点：线程安全；延迟加载；效率较高。
 */
public class SingleInstance6 {
    private static SingleInstance6 single =null;
    private SingleInstance6 (){
        
    }
    public static SingleInstance6 getInstance(){
        if(single==null){
            synchronized(SingleInstance6 .class){
                if(single==null){
                    single=new SingleInstance6 ();
                }
            }
        }
        return single;
    }
}

模式七:静态内部类

/*
 * 这种方式跟饿汉式方式采用的机制类似，但又有不同。两者都是采用了类装载的机制来保证初始化实例时只有一个线程。
 * 不同的地方在饿汉式方式是只要SingleInstance5类被装载就会实例化对象，没有Lazy-Loading(延迟装载,推迟到必须要实例对象时才装载)的作用，
 * 而静态内部类方式在SingleInstance5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getSingleInstance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，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。
 * 优点：避免了线程不安全，延迟加载，效率高。
 */
public class SingleInstance7 {
    private SingleInstance7 (){
        
    }
    public static SingleInstance7 getInstance(){
        return getSingleInstance.single;
    }
    private static class getSingleInstance{
        private static SingleInstance7 single=new SingleInstance7 ();;
    }
}

模式八:枚举

/*
 * 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。可能是因为枚举在JDK1.5中才添加，所以在实际项目开发中，很少见人这么写过。
 * 优点
 * 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。
 * 缺点
 * 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，可能会给其他开发人员造成困扰，特别是看不到源码的时候。
 */
public enum SingleInstance8 {
    //创建对象时 直接SingleInstance8 .INSTANCE;  对象在枚举中是一个常量,直接引用即可
    INSTANCE;
    public void whateverMethod() {
         System.out.println("Something");
    }
    //如果不写  会自动提供一个默认的私有无参构造器
    private SingleInstance8 (){
        
    }
}

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