设计模式（建立型模式）——单例模式（Singleton）

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，系统彻底乱了。（好比一个军队出现了多个司令员同时指挥，确定会乱成一团），因此只有使用单例模式，才能保证核心交易服务器独立控制整个流程。

首先咱们写一个简单的单例类：

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 */  
    public 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关键字锁住的是这个对象，这样的用法，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();语句是分两步执行的。可是JVM并不保证这两个操做的前后顺序，也就是说有可能JVM会为新的Singleton实例分配空间，而后直接赋值给instance成员，而后再去初始化这个Singleton实例。这样就可能出错了，咱们以A、B两个线程为例：

a>A、B线程同时进入了第一个if判断

b>A首先进入synchronized块，因为instance为null，因此它执行instance = new Singleton();

c>因为JVM内部的优化机制，JVM先画出了一些分配给Singleton实例的空白内存，并赋值给instance成员（注意此时JVM没有开始初始化这个实例），而后A离开了synchronized块。

d>B进入synchronized块，因为instance此时不是null，所以它立刻离开了synchronized块并将结果返回给调用该方法的程序。

e>此时B线程打算使用Singleton实例，却发现它没有被初始化，因而错误发生了。

因此程序仍是有可能发生错误，其实程序在运行过程是很复杂的，从这点咱们就能够看出，尤为是在写多线程环境下的程序更有难度，有挑战性。咱们对该程序作进一步优化：

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

实际状况是，单例模式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。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。这样咱们暂时总结一个完美的单例模式：

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 */  
    public Object readResolve() {  
        return getInstance();  
    }  
}

其实说它完美，也不必定，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。也有人这样实现：由于咱们只须要在建立类的时候进行同步，因此只要将建立和getInstance()分开，单独为建立加synchronized关键字，也是能够的：

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

考虑性能的话，整个程序只需建立一次实例，因此性能也不会有什么影响。

补充：采用"影子实例"的办法为单例对象的属性同步更新

public class SingletonTest {  
  
    private static SingletonTest instance = null;  
    private Vector properties = null;  
  
    public Vector getProperties() {  
        return properties;  
    }  
  
    private SingletonTest() {  
    }  
  
    private static synchronized void syncInit() {  
        if (instance == null) {  
            instance = new SingletonTest();  
        }  
    }  
  
    public static SingletonTest getInstance() {  
        if (instance == null) {  
            syncInit();  
        }  
        return instance;  
    }  
  
    public void updateProperties() {  
        SingletonTest shadow = new SingletonTest();  
        properties = shadow.getProperties();  
    }  
}

经过单例模式的学习告诉咱们：

一、单例模式理解起来简单，可是具体实现起来仍是有必定的难度。

二、synchronized关键字锁定的是对象，在用的时候，必定要在恰当的地方使用（注意须要使用锁的对象和过程，可能有的时候并非整个对象及整个过程都须要锁）。

到这儿，单例模式基本已经讲完了，结尾处，笔者忽然想到另外一个问题，就是采用类的静态方法，实现单例模式的效果，也是可行的，此处两者有什么不一样？

首先，静态类不能实现接口。（从类的角度说是能够的，可是那样就破坏了静态了。由于接口中不容许有static修饰的方法，因此即便实现了也是非静态的）

其次，单例能够被延迟初始化，静态类通常在第一次加载是初始化。之因此延迟加载，是由于有些类比较庞大，因此延迟加载有助于提高性能。

再次，单例类能够被继承，他的方法能够被覆写。可是静态类内部方法都是static，没法被覆写。

最后一点，单例类比较灵活，毕竟从实现上只是一个普通的Java类，只要知足单例的基本需求，你能够在里面为所欲为的实现一些其它功能，可是静态类不行。从上面这些归纳中，基本能够看出两者的区别，可是，从另外一方面讲，咱们上面最后实现的那个单例模式，内部就是用一个静态类来实现的，因此，两者有很大的关联，只是咱们考虑问题的层面不一样罢了。两种思想的结合，才能造就出完美的解决方案，就像HashMap采用数组+链表来实现同样，其实生活中不少事情都是这样，单用不一样的方法来处理问题，老是有优势也有缺点，最完美的方法是，结合各个方法的优势，才能最好的解决问题！