设计模式1——Singleton设计模式

Singleton单例模式是最简单的设计模式，它的主要做用是保证在程序运行生命周期中，使用了单例模式的类只能有一个实例对象存在。单例模式实现了相似C语言中全局变量的功能，单例模式经常使用于注册/查找的服务。

单例模式的UML图以下：

单例模式有两种实现方式：饱汉模式和饿汉模式，以下：

1.饱汉单例模式例子代码：

public class Singleton1{

    //饱汉模式，声明时就建立实例对象
    public static final Singleton1 instance = new Singleton1();

    //单类模式的构造方法必须为private，以免经过构造方法建立对象实例，
    //而且必须显示声明构造方法，以防止使用默认构造方法
    private Singleton1(){}

    //单类模式必须对外提供获取实例对象的方法
    public static Singleton1 geInstance(){
        return instance;
    }
}

2.饿汉单例模式即延迟初始化单例方式，例子代码：

public class Singleton2{

    //饿汉模式，声明时不建立实例对象
    public static Singleton2 instance;

    //单类模式的构造方法必须为private，以免经过构造方法建立对象实例，
    //而且必须显示声明构造方法，以防止使用默认构造方法
    private Singleton2(){}

    //单类模式必须对外提供获取实例对象的方法，延迟初始化的单类模式必须使用synchronized同步关键字，不然多线程状况下很容易产生多个实例对象
    public static synchronized Singleton2 geInstance(){
        //延迟初始化，只有当第一次使用时才建立对象实例
        if(instance == null){
            instance = new Singleton2();
        }
        return instance;
    }
}

通常认为饱汉模式要比饿汉模式更加安全。

上面两种Singleton单例设计模式的实现方式都隐藏有以下的问题：

(1).虽然构造方式的访问修饰符为private，即除了自身之外其余任何类都没法调用，可是经过反射机制的setAccessiable(true)方法能够访问私有方法和属性。所以Singleton单例模式必须考虑这种例外状况。

(2).对象序列化以后再反序列化时会生成新的对象，所以当Singleton单例模式类实现序列化接口时，必须显式声明全部的字段为tranisent，而且提供以下的readResolve方法来防止经过序列化破坏单态模式：

private Object readResolve(){
    return INSTANCE;
}

3.使用Lazy initialization holder class模式实现单态：

public class Singleton3 {  

    /** 
     * 类级的内部类，也就是静态的成员式内部类，该内部类的实例与外部类的实例 
     * 没有绑定关系，并且只有被调用到才会装载，从而实现了延迟加载 
     */  
    private static class SingletonHolder{   
        //静态初始化器，由JVM来保证线程安全 
        private static Singleton3 instance = new Singleton3();  
    }  

    //私有化构造方法  
    private Singleton3(){  
    }  

    public static  Singleton3 getInstance(){  
        return SingletonHolder.instance;  
    }  
}

当getInstance方法第一次被调用的时候，它第一次读取SingletonHolder.instance，致使SingletonHolder类获得初始化；而这个类在装载并被初始化的时候，会初始化它的静态域，从而建立Singleton的实例，因为是静态的域，所以只会被虚拟机在装载类的时候初始化一次，并由虚拟机来保证它的线程安全性。
这个模式的优点在于，getInstance方法并无被同步，而且只是执行一个域的访问，所以延迟初始化并无增长任何访问成本。

4.在JDK1.5以后引入了Enum枚举，所以在JDK1.5以后Singleton单例模式又有了第三种实现方式，也是最好的实现方式，例子以下：

public enum Singleton4{
    INSTANCE{
        public void doSomething(){
            ...
        }
    };
    public abstract void doSomething();  
}

Singleton单例模式中只有一个INSTANCE枚举元素，枚举能够保证真个程序生命周期中只有一个实例对象存在，同时还避免了常规Singleton单例模式private构造方法被反射调用和序列化问题(枚举提供了序列化保证机制，确保屡次序列化和反序列化不会建立多个实例对象)。

注意：java中除了构造方法能够建立对象实例之外，还能够经过克隆方法(clone()是Object中的protected方法)来建立对象，若单例对象直接继承自Object对象，则若是没有提供具体clone方法实现，则当调用克隆方法建立对象时，会抛出运行时的异常CloneNotSupportedException。

若单例类继承了实现克隆方法的类，则在单例类中必须覆盖父类的克隆方法，显式抛出异常CloneNotSupportedException。

另外，实现了单例模式的类不能再有派生子类，由于构造方式是私有的，子类没法调用父类构造方法，所以达到了Final的效果。

JDK的中单例模式的应用：

java.lang.Runtime