经常使用设计模式之单例模式

单例对象（Singleton）是一种经常使用的设计模式。在Java应用中，单例对象能保证在一个JVM中，该对象只
有一个实例存在。这样的模式有几个好处：
一、某些类建立比较频繁，对于一些大型的对象，这是一笔很大的系统开销。
二、省去了new操做符，下降了系统内存的使用频率，减轻GC压力。
三、有些类如交易所的核心交易引擎，控制着交易流程，若是该类能够建立多个的话，系统完
全乱了。

例子：
//简单的单例类 饿汉模式
public class Singleton {

　　/* 持有私有静态实例，防止被引用*/
　　private static Singleton instance = new Singleton();

　　/* 私有构造方法，防止被实例化 */
　　private Singleton() {
　　}

　　/* 静态工程方法，返回Singleton实例 */
　　public static Singleton getInstance() {
　　　　return instance;
　　}

　　/* 若是该对象被用于序列化，能够保证对象在序列化先后保持一致 */
　　private Object readResolve() {
　　　　return instance;
　　}
}

这个类是能够实现单例模式的，可是存在很多问题,好比在类中无论用户是否要使用该类的对象,就先建立
好了一个实例放在内存中。

//简单的单例类 懒汉模式
public class Singleton {

　　/* 持有私有静态实例，防止被引用，此处赋值为null，目的是实现延迟加载 */
　　private static Singleton instance = null;

　　/* 私有构造方法，防止被实例化 */
　　private Singleton() {
　　}

　　/* 静态工程方法，建立实例 */
　　public static Singleton getInstance() {
　　　　if (instance == null) {
　　　　　　instance = new Singleton();
　　　　}
　　　　return instance;
　　}

　　/* 若是该对象被用于序列化，能够保证对象在序列化先后保持一致 */
　　private Object readResolve() {
　　　　return instance;
　　}
}

这个类能够知足基本要求，可是，像这样毫无线程安全保护的类，若是咱们把它放入多线程的环境下，确定
就会出现问题了，如何解决？咱们首先会想到对getInstance方法加synchronized关键字，以下：

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

可是，synchronized做为修饰符在方法上使用,在性能上会有所降低，由于每次调用getInstance()，都要对
对象上锁，事实上，只有在第一次建立对象的时候须要加锁，以后就不须要了，因此，这个地方须要改进。
咱们改为下面这个：
public static Singleton getInstance() {
　　if (instance == null) {
　　　　synchronized (instance) {
　　　　　　if (instance == null) {
　　　　　　　　instance = new Singleton();
　　　　　　}
　　　　}
　　}
　　return instance;
}

彷佛解决了以前提到的问题，将synchronized关键字加在了方法内部，也就是说当调用的时候是不须要加锁
的，只有在instance为null，并建立对象的时候才须要加锁，性能有必定的提高。可是，这样的状况，仍是
有可能有问题的。
看下面的状况：在Java指令中建立对象和赋值操做是分开进行的，也就是说instance = new Singleton();
语句并不是是一个原子操做,在 JVM 中这句代码大概作了下面 3 件事情:
　　1给 new的对象 分配内存
　　2调用 Singleton 的构造函数来初始化成员变量
　　3将引用instance指向分配的内存空间（执行完这步 instance 就为非 null 了）
可是在 JVM 的即时编译器中存在指令重排序的优化。也就是说上面的第二步和第三步的顺序是不能保证的，最终的执行顺序多是 1-2-3 也多是 1-3-2。若是是后者，则在 3 执行完毕、2 未执行以前，另一个线程B抢夺到了CPU的执行权,这时instance已是非null了（但却没有初始化），因此线程B会直接返回 instance，而后使用，结果就会出现问题了(由于对象尚未初始化)。

还有另一种解决方案:使用内部类来维护单例的实现，JVM内部的机制可以保证当一个类被加载的时候，这
个类的加载过程是线程互斥的(就是加载完毕后别的线程才能使用)。这样当咱们第一次调用getInstance的
时候，JVM可以帮咱们保证instance只被建立一次，而且会保证把赋值给instance的内存初始化完毕，这样
咱们就不用担忧上面的问题。同时该方法也只会在第一次调用的时候使用互斥机制，这样就解决了低性能
问题。例如：

public class Singleton {

　　/* 私有构造方法，防止被实例化 */
　　private Singleton() {
　　}

　　/* 此处使用一个内部类来维护单例 */
　　private static class SingletonFactory {
　　　　private static Singleton instance = new Singleton();
　　}

　　/* 获取实例 */
　　public static Singleton getInstance() {
　　　　return SingletonFactory.instance;
　　}

　　/* 若是该对象被用于序列化，能够保证对象在序列化先后保持一致 */
　　private Object readResolve() {
　　　　return getInstance();
　　}
}

可是若是在构造函数中抛出异常，实例将永远得不到建立，也会出错。因此说，十分完美的东西是没有的，
咱们只能根据实际状况，选择最适合本身应用场景的实现方法。

同时，咱们还可使用反射去建立这个类的对象，即便它的构造器是私有的，咱们也是能够调用到的。那
么这个时候咱们就须要再次修改代码去访问别人反射调用构造器。
例子:
//在构造器中控制一下，构造器只容许调用一次,以后在调用就抛出异常
public class Singleton {
　　private volatile static boolean flag;
　　/* 私有构造方法，防止被实例化 */
　　private Singleton() {
　　　　if(!flag){
　　　　　　flag = false;
　　　　}else{
　　　　　　throw new RuntimeException("不能屡次建立单例对象");
　　　　}
　　}

　　/* 此处使用一个内部类来维护单例 */
　　private static class SingletonFactory {
　　　　private static Singleton instance = new Singleton();
　　}

　　/* 获取实例 */
　　public static Singleton getInstance() {
　　　　return SingletonFactory.instance;
　　}

　　/* 若是该对象被用于序列化，能够保证对象在序列化先后保持一致 */
　　private Object readResolve() {
　　　　return getInstance();
　　}
}

反射的问题处理完了以后，这里还有一个问题，就是若是把单例对象进行序列化而后再反序列化,那么内存
中就会出现俩个同样的单例对象，只是内存地址不一样。这种状况咱们可使用readResolve方法来防止。
private Object readResolve(){.....}
ObjectInputStream 会检查对象的class是否认义了readResolve方法。若是定义了，将由readResolve方法
指定返回的对象。返回对象的类型必定要是兼容的，不然会抛出ClassCastException 。
例子:
public abstract class Singleton8 implements Serializable{

　　private static final long serialVersionUID = 7863921642928237696L;

　　/* 此处使用一个内部类来维护单例 */
　　private static class SingletonFactory {
　　　　private static Singleton8 instance = new Singleton8(){};
　　}

　　//测试方式,把单例对象序列化后再反序列化从而得到一个新的对象 就至关于复制了一个单例对象
　　public Singleton8 copy() throws Exception{
　　　　ByteArrayOutputStream os = new ByteArrayOutputStream();
　　　　ObjectOutputStream oos = new ObjectOutputStream(os);
　　　　oos.writeObject(Singleton8.getInstance());
　　　　InputStream is = new ByteArrayInputStream(os.toByteArray());
　　　　ObjectInputStream ois = new ObjectInputStream(is);
　　　　Singleton8 obj = (Singleton8) ois.readObject();
　　　　return obj;
　　}

　　/* 获取实例 */
　　public static Singleton8 getInstance() {
　　　　return SingletonFactory.instance;
　　}

　　/* 若是该对象被用于序列化，能够保证对象在序列化先后保持一致 */
　　/* 把这个方法注释前和注释后来运行测试代码观察结果 */
　　private Object readResolve() {
　　　　return getInstance();
　　}
}

实现和完善单例模式的方法有不少，笔者就不一一列举了。