设计模式-单例模式（Singleton Pattern）

一、介绍：

　　　单例模式（Singleton Pattern）： 所谓单例，就是整个程序有且仅有一个实例。该类负责建立本身的对象，同时确保只有一个对象被建立。

           场景： 频繁建立对象、管理对象是一件耗费资源的事，可使用单例模式。

二、特色

• 类构造器私有
• 持有本身类型的属性
• 对外提供获取实例的静态方法

三、实现方式

　编写单例模式的代码其实很简单，就分了三步：

• 将构造函数私有化（禁止 new 对象）
• 在类的内部建立实例
• 提供获取惟一实例的方法

 

 

第一种（懒汉，线程不安全）：

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

 

第二种（懒汉，线程安全）：

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

 

这种写法可以在多线程中很好的工做，并且看起来它也具有很好的lazy loading，可是，遗憾的是，效率很低，99%状况下不须要同步。

第三种（饿汉）：

public class Singleton { private static Singleton instance = new Singleton(); private Singleton (){} public static Singleton getInstance() { return instance; } } 

 

这种方式基于classloder机制，在深度分析Java的ClassLoader机制（源码级别）和Java类的加载、连接和初始化两个文章中有关于CLassload而机制的线程安全问题的介绍，避免了多线程的同步问题，不过，instance在类装载时就实例化，虽然致使类装载的缘由有不少种，在单例模式中大多数都是调用getInstance方法， 可是也不能肯定有其余的方式（或者其余的静态方法）致使类装载，这时候初始化instance显然没有达到lazy loading的效果。

第四种（饿汉，变种）：

public class Singleton { private Singleton instance = null; static { instance = new Singleton(); } private Singleton (){} public static Singleton getInstance() { return this.instance; } } 

 

表面上看起来差异挺大，其实更第三种方式差很少，都是在类初始化即实例化instance。

第五种（静态内部类 ，推荐写法）：

高效

 

原理：
当任何一个线程第一次调用 getInstance()时，都会使 SingletonHolder 被加载和被初始化，此时静态初始化器将执行Singleton的初始化操做。(被调用时才进行初始化)

 

初始化静态数据时，Java 提供了的线程安全性保证(因此不须要任何的同步)

 

 

Demo1

public class Singleton { private static class SingletonHolder { private static final Singleton INSTANCE = new Singleton(); } private Singleton (){} public static final Singleton getInstance() { return SingletonHolder.INSTANCE; } } 

 

Demo2  --- 高效

 

public class Krryblog {

  private Krryblog() {}

  // 使用内部类的方式来实现懒加载
  private static class LazyHolder {
    // 建立单例对象
    private static final Krryblog INSTANCE = new Krryblog();
  }

  // 获取对象
  public static final Krryblog getInstance() {
    return LazyHolder.INSTANCE;
  }
  
}

 

这种方式一样利用了classloder的机制来保证初始化instance时只有一个线程，它跟第三种和第四种方式不一样的是（很细微的差异）：第三种和第四种方式是只要Singleton类被装载了，那么instance就会被实例化（没有达到lazy loading效果），而这种方式是Singleton类被装载了，instance不必定被初始化。由于SingletonHolder类没有被主动使用，只有显示经过调用getInstance方法时，才会显示装载SingletonHolder类，从而实例化instance。想象一下，若是实例化instance很消耗资源，我想让他延迟加载，另一方面，我不但愿在Singleton类加载时就实例化，由于我不能确保Singleton类还可能在其余的地方被主动使用从而被加载，那么这个时候实例化instance显然是不合适的。这个时候，这种方式相比第三和第四种方式就显得很合理。

第六种（枚举）： 

最安全、简洁写法，推荐写法

 

public enum Singleton { INSTANCE; public void whateverMethod() { } } 

 

Demo 

public enum Krryblog {

  INSTANCE,

  private Resource resource;
  
  // 建立单例对象
  public Krryblog () {
    resource = new Resource();
  }

  // 获取单例对象
  public Resource getInstance() {
    return resource;
  }
}

Test

public class TestPattern {
 
  public static void main(String[] args) {
      Resource instance = Krryblog.INSTANCE.getInstance();
  }
}

 

这种方式是Effective Java做者Josh Bloch 提倡的方式，它不只能避免多线程同步问题，并且还能防止反序列化从新建立新的对象，可谓是很坚强的壁垒啊，在深度分析Java的枚举类型----枚举的线程安全性及序列化问题中有详细介绍枚举的线程安全问题和序列化问题，不过，我的认为因为1.5中才加入enum特性，用这种方式写难免让人感受生疏，在实际工做中，我也不多看见有人这么写过。

第七种（双重校验锁）：

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

总结

有两个问题须要注意：

1.若是单例由不一样的类装载器装入，那便有可能存在多个单例类的实例。假定不是远端存取，例如一些servlet容器对每一个servlet使用彻底不一样的类装载器，这样的话若是有两个servlet访问一个单例类，它们就都会有各自的实例。

2.若是Singleton实现了java.io.Serializable接口，那么这个类的实例就可能被序列化和复原。无论怎样，若是你序列化一个单例类的对象，接下来复原多个那个对象，那你就会有多个单例类的实例。

对第一个问题修复的办法是：

private static Class getClass(String classname) throws ClassNotFoundException { ClassLoader classLoader = Thread.currentThread().getContextClassLoader(); if(classLoader == null) classLoader = Singleton.class.getClassLoader(); return (classLoader.loadClass(classname)); } } 

 

对第二个问题修复的办法是：

public class Singleton implements java.io.Serializable { public static Singleton INSTANCE = new Singleton(); protected Singleton() { } private Object readResolve() { return INSTANCE; } }