【白话设计模式四】单例模式(Singleton)
#0 系列目录#java
- 白话设计模式
- 工厂模式
- 单例模式
- 【白话设计模式一】简单工厂模式(Simple Factory)
- 【白话设计模式二】外观模式(Facade)
- 【白话设计模式三】适配器模式(Adapter)
- 【白话设计模式四】单例模式(Singleton)
- 【白话设计模式五】工厂方法模式(Factory Method)
- 【白话设计模式六】抽象工厂模式(Abstract Factory)
- 【白话设计模式七】策略模式(Strategy)
- 【白话设计模式八】命令模式(Command)
- 【白话设计模式九】桥接模式(Bridge)
- 【白话设计模式十】装饰模式(Decorator)
- 【白话设计模式十一】生成器模式(Builder)
- 【白话设计模式十二】原型模式(Prototype)
- 【白话设计模式十三】中介者模式(Mediator)
- 【白话设计模式十四】代理模式(Proxy)
- 【白话设计模式十五】观察者模式(Observer)
- 【白话设计模式十六】迭代器模式(Iterator)
- 【白话设计模式十七】组合模式(Composite)
- 【白话设计模式十八】模板方法模式(Template Method)
- 【白话设计模式十九】状态模式(State)
- 【白话设计模式二十】备忘录模式(Memento)
- 【白话设计模式二十一】享元模式(Flyweight)
- 【白话设计模式二十二】解释器模式(Interpreter)
- 【白话设计模式二十三】职责链模式(Chain of Responsibility)
- 【白话设计模式二十四】访问者模式(Visitor)
- 【白话设计模式二十五】临别总结：设计模式与7大原则
#1 场景问题# ##1.1 读取配置文件的内容## 考虑这样一个应用，读取配置文件的内容。算法
不少应用项目，都有与应用相关的配置文件，这些配置文件可能是由项目开发人员自定义的，在里面定义一些应用须要的参数数据。固然在实际的项目中，这种配置文件多采用xml格式的。也有采用properties格式的，毕竟使用Java来读取properties格式的配置文件比较简单。数据库
如今要读取配置文件的内容，该如何实现呢？编程
##1.2 不用模式的解决方案## 有些朋友会想，要读取配置文件的内容，这也不是个什么困难的事情，直接读取文件的内容，而后把文件内容存放在相应的数据对象里面就能够了。真的这么简单吗？先实现看看吧。设计模式
为了示例简单，假设系统是采用的properties格式的配置文件。缓存
- 那么直接使用Java来读取配置文件，示例代码以下：
/**
* 读取应用配置文件
*/
public class AppConfig {
/**
* 用来存放配置文件中参数A的值
*/
private String parameterA;
/**
* 用来存放配置文件中参数B的值
*/
private String parameterB;
public String getParameterA() {
return parameterA;
}
public String getParameterB() {
return parameterB;
}
/**
* 构造方法
*/
public AppConfig(){
//调用读取配置文件的方法
readConfig();
}
/**
* 读取配置文件，把配置文件中的内容读出来设置到属性上
*/
private void readConfig(){
Properties p = new Properties();
InputStream in = null;
try {
in = AppConfig.class.getResourceAsStream("AppConfig.properties");
p.load(in);
//把配置文件中的内容读出来设置到属性上
this.parameterA = p.getProperty("paramA");
this.parameterB = p.getProperty("paramB");
} catch (IOException e) {
System.out.println("装载配置文件出错了，具体堆栈信息以下：");
e.printStackTrace();
} finally {
try {
in.close();
} catch (IOException e) {
e.printStackTrace();
}
}
}
}
注意：只有访问参数的方法，没有设置参数的方法。安全
- 应用的配置文件，名字是AppConfig.properties，放在AppConfig相同的包里面，简单示例以下：
paramA=a paramB=b
- 写个客户端来测试一下，示例代码以下：
public class Client {
public static void main(String[] args) {
//建立读取应用配置的对象
AppConfig config = new AppConfig();
String paramA = config.getParameterA();
String paramB = config.getParameterB();
System.out.println("paramA="+paramA+",paramB="+paramB);
}
}
##1.3 有何问题## 上面的实现很简单嘛，很容易的就实现了要求的功能。仔细想一想，有没有什么问题呢？多线程
看看客户端使用这个类的地方，是经过new一个AppConfig的实例来获得一个操做配置文件内容的对象。若是在系统运行中，有不少地方都须要使用配置文件的内容，也就是不少地方都须要建立AppConfig这个对象的实例。并发
换句话说，在系统运行期间，系统中会存在不少个AppConfig的实例对象，这有什么问题吗？框架
固然有问题了，试想一下，每个AppConfig实例对象，里面都封装着配置文件的内容，系统中有多个AppConfig实例对象，也就是说系统中会同时存在多份配置文件的内容，这会严重浪费内存资源。若是配置文件内容较少，问题还小一点，若是配置文件内容原本就多的话，对于系统资源的浪费问题就大了。事实上，对于AppConfig这种类，在运行期间，只须要一个实例对象就够了。
把上面的描述进一步抽象一下，问题就出来了：在一个系统运行期间，某个类只须要一个类实例就能够了，那么应该怎么实现呢？
#2 解决方案# ##2.1 单例模式来解决## 用来解决上述问题的一个合理的解决方案就是单例模式。那么什么是单例模式呢？
- 单例模式定义
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。
- 应用单例模式来解决的思路
仔细分析上面的问题，如今一个类可以被建立多个实例，问题的根源在于类的构造方法是公开的，也就是可让类的外部来经过构造方法建立多个实例。换句话说，只要类的构造方法能让类的外部访问，就没有办法去控制外部来建立这个类的实例个数。
要想控制一个类只被建立一个实例，那么首要的问题就是要把建立实例的权限收回来，让类自身来负责本身类实例的建立工做，而后由这个类来提供外部能够访问这个类实例的方法，这就是单例模式的实现方式。
##2.2 模式结构和说明## 单例模式结构如图所示：
Singleton：负责建立Singleton类本身的惟一实例，并提供一个getInstance的方法，让外部来访问这个类的惟一实例。
##2.3 单例模式示例代码## 在Java中，单例模式的实现又分为两种，一种称为懒汉式，一种称为饿汉式，其实就是在具体建立对象实例的处理上，有不一样的实现方式。下面分别来看这两种实现方式的代码示例。为什么这么写，具体的在后面再讲述。
- 懒汉式实现，示例代码以下：
/**
* 懒汉式单例实现的示例
*/
public class Singleton {
/**
* 定义一个变量来存储建立好的类实例
*/
private static Singleton uniqueInstance = null;
/**
* 私有化构造方法，好在内部控制建立实例的数目
*/
private Singleton(){
//
}
/**
* 定义一个方法来为客户端提供类实例
* @return 一个Singleton的实例
*/
public static synchronized Singleton getInstance(){
//判断存储实例的变量是否有值
if(uniqueInstance == null){
//若是没有，就建立一个类实例，并把值赋值给存储类实例的变量
uniqueInstance = new Singleton();
}
//若是有值，那就直接使用
return uniqueInstance;
}
/**
* 示意方法，单例能够有本身的操做
*/
public void singletonOperation(){
//功能处理
}
/**
* 示意属性，单例能够有本身的属性
*/
private String singletonData;
/**
* 示意方法，让外部经过这些方法来访问属性的值
* @return 属性的值
*/
public String getSingletonData(){
return singletonData;
}
}
- 饿汉式实现，示例代码以下：
/**
* 饿汉式单例实现的示例
*/
public class Singleton {
/**
* 定义一个变量来存储建立好的类实例，直接在这里建立类实例，只会建立一次
*/
private static Singleton uniqueInstance = new Singleton();
/**
* 私有化构造方法，好在内部控制建立实例的数目
*/
private Singleton(){
//
}
/**
* 定义一个方法来为客户端提供类实例
* @return 一个Singleton的实例
*/
public static Singleton getInstance(){
//直接使用已经建立好的实例
return uniqueInstance;
}
/**
* 示意方法，单例能够有本身的操做
*/
public void singletonOperation(){
//功能处理
}
/**
* 示意属性，单例能够有本身的属性
*/
private String singletonData;
/**
* 示意方法，让外部经过这些方法来访问属性的值
* @return 属性的值
*/
public String getSingletonData(){
return singletonData;
}
}
##2.4 使用单例模式重写示例## 要使用单例模式来重写示例，因为单例模式有两种实现方式，这里选一种来实现就行了，就选择饿汉式的实现方式来重写示例吧。采用饿汉式的实现方式来重写实例的示例代码以下：
/**
* 读取应用配置文件，单例实现
*/
public class AppConfig {
/**
* 定义一个变量来存储建立好的类实例，直接在这里建立类实例，只会建立一次
*/
private static AppConfig instance = new AppConfig();
/**
* 定义一个方法来为客户端提供AppConfig类的实例
* @return 一个AppConfig的实例
*/
public static AppConfig getInstance(){
return instance;
}
/**
* 用来存放配置文件中参数A的值
*/
private String parameterA;
/**
* 用来存放配置文件中参数B的值
*/
private String parameterB;
public String getParameterA() {
return parameterA;
}
public String getParameterB() {
return parameterB;
}
/**
* 私有化构造方法
*/
private AppConfig(){
//调用读取配置文件的方法
readConfig();
}
/**
* 读取配置文件，把配置文件中的内容读出来设置到属性上
*/
private void readConfig(){
Properties p = new Properties();
InputStream in = null;
try {
in = AppConfig.class.getResourceAsStream("AppConfig.properties");
p.load(in);
//把配置文件中的内容读出来设置到属性上
this.parameterA = p.getProperty("paramA");
this.parameterB = p.getProperty("paramB");
} catch (IOException e) {
System.out.println("装载配置文件出错了，具体堆栈信息以下：");
e.printStackTrace();
} finally {
try {
in.close();
} catch (IOException e) {
e.printStackTrace();
}
}
}
}
固然，测试的客户端也须要相应的变化，示例代码以下：
public class Client {
public static void main(String[] args) {
//建立读取应用配置的对象
AppConfig config = AppConfig.getInstance();
String paramA = config.getParameterA();
String paramB = config.getParameterB();
System.out.println("paramA="+paramA+",paramB="+paramB);
}
}
#3 模式讲解# ##3.1 认识单例模式##
- 单例模式的功能
单例模式的功能是用来保证这个类在运行期间只会被建立一个类实例，另外单例模式还提供了一个全局惟一访问这个类实例的访问点，就是那个getInstance的方法。无论采用懒汉式仍是饿汉式的实现方式，这个全局访问点是同样的。
对于单例模式而言，无论采用何种实现方式，它都是只关心类实例的建立问题，并不关心具体的业务功能。
- 单例模式的范围
也就是在多大范围内是单例呢？
观察上面的实现能够知道，目前Java里面实现的单例是一个ClassLoader及其子ClassLoader的范围。由于一个ClassLoader在装载饿汉式实现的单例类的时候就会建立一个类的实例。
这就意味着若是一个虚拟机里面有不少个ClassLoader，并且这些ClassLoader都装载某个类的话，就算这个类是单例，它也会产生不少个实例。固然，若是一个机器上有多个虚拟机，那么每一个虚拟机里面都应该至少有一个这个类的实例，也就是说整个机器上就有不少个实例，更不会是单例了。
另外请注意一点，这里讨论的单例模式并不适用于集群环境，对于集群环境下的单例这里不去讨论，那不属于这里的内容范围。
- 单例模式的命名
通常建议单例模式的方法命名为：getInstance()，这个方法的返回类型确定是单例类的类型了。getInstance方法能够有参数，这些参数多是建立类实例所须要的参数，固然，大多数状况下是不须要的。
单例模式的名称：单例、单件、单体等等，翻译的不一样，都是指的同一个模式。
##3.2 懒汉式和饿汉式实现## 前面提到了单例模式有两种典型的解决方案，一种叫懒汉式，一种叫饿汉式，这两种方式到底是如何实现的，下面分别来看看。为了看得更清晰一点，只是实现基本的单例控制部分，再也不提供示例的属性和方法了；并且暂时也不去考虑线程安全的问题，这个问题在后面会重点分析。
第一种方案 懒汉式
- 私有化构造方法：
要想在运行期间控制某一个类的实例只有一个，那首先的任务就是要控制建立实例的地方，也就是不能随随便便就能够建立类实例，不然就没法控制建立的实例个数了。如今是让使用类的地方来建立类实例，也就是在类外部来建立类实例。那么怎样才能让类的外部不能建立一个类的实例呢？很简单，私有化构造方法就能够了！
private Singleton() {
}
- 提供获取实例的方法
构造方法被私有化了，外部使用这个类的地方不干了，外部建立不了类实例就没有办法调用这个对象的方法，就实现不了功能处理，这可不行。通过思考，单例模式决定让这个类提供一个方法来返回类的实例，好让外面使用。示例代码以下：
public Singleton getInstance() {
}
- 把获取实例的方法变成静态的
又有新的问题了，获取对象实例的这个方法是个实例方法，也就是说客户端要想调用这个方法，须要先获得类实例，而后才能够调用，但是这个方法就是为了获得类实例，这样一来不就造成一个死循环了吗？这不就是典型的“先有鸡仍是先有蛋的问题”嘛。
解决方法也很简单，在方法上加上static，这样就能够直接经过类来调用这个方法，而不须要先获得类实例了，示例代码以下：
public static Singleton getInstance() {
}
- 定义存储实例的属性
方法定义好了，那么方法内部如何实现呢？若是直接建立实例并返回，这样行不行呢？示例代码以下：
public static Singleton getInstance(){
return new Singleton();
}
固然不行了，若是每次客户端访问都这样直接new一个实例，那确定会有多个实例，根本实现不了单例的功能。
怎么办呢？单例模式想到了一个办法，那就是用一个属性来记录本身建立好的类实例，当第一次建立事后，就把这个实例保存下来，之后就能够复用这个实例，而不是重复建立对象实例了。示例代码以下：
private Singleton instance = null;
- 把这个属性也定义成静态的
这个属性变量应该在什么地方用呢？确定是第一次建立类实例的地方，也就是在前面那个返回对象实例的静态方法里面使用。
因为要在一个静态方法里面使用，因此这个属性被迫成为一个类变量，要强制加上static，也就是说，这里并无使用static的特性。示例代码以下：
private static Singleton instance = null;
- 实现控制实例的建立
如今应该到getInstance方法里面实现控制实例建立了，控制的方式很简单，只要先判断一下，是否已经建立过实例了。如何判断？那就看存放实例的属性是否有值，若是有值，说明已经建立过了，若是没有值，那就是应该建立一个，示例代码以下：
public static Singleton getInstance() {
//先判断instance是否有值
if (instance == null) {
//若是没有值，说明尚未建立过实例，那就建立一个
//并把这个实例设置给instance
instance = new Singleton ();
}
//若是有值，或者是建立了值，那就直接使用
return instance;
}
- 完整的实现
至此，成功解决了：在运行期间，控制某个类只被建立一个实例的要求。完整的代码以下，为了你们好理解，用注释标示了代码的前后顺序，示例代码以下：
public class Singleton {
//4：定义一个变量来存储建立好的类实例
//5：由于这个变量要在静态方法中使用，因此须要加上static修饰
private static Singleton instance = null;
//1：私有化构造方法，好在内部控制建立实例的数目
private Singleton(){
}
//2：定义一个方法来为客户端提供类实例
//3：这个方法须要定义成类方法，也就是要加static
public static Singleton getInstance(){
//6：判断存储实例的变量是否有值
if(instance == null){
//6.1：若是没有，就建立一个类实例，并把值赋值给存储类实例的变量
instance = new Singleton();
}
//6.2：若是有值，那就直接使用
return instance;
}
}
第二种方案 饿汉式
这种方案跟第一种方案相比，前面的私有化构造方法，提供静态的getInstance方法来返回实例等步骤都同样。差异在如何实现getInstance方法，在这个地方，单例模式还想到了另一种方法来实现getInstance方法。
不就是要控制只创造一个实例吗？那么有没有什么现成的解决办法呢？很快，单例模式回忆起了Java中static的特性：
static变量在类装载的时候进行初始化。
多个实例的static变量会共享同一块内存区域。
这就意味着，在Java中，static变量只会被初始化一次，就是在类装载的时候，并且多个实例都会共享这个内存空间，这不就是单例模式要实现的功能吗？真是得来全不费功夫啊。根据这些知识，写出了第二种解决方案的代码，示例代码以下：
public class Singleton {
//4：定义一个静态变量来存储建立好的类实例
//直接在这里建立类实例，只会建立一次
private static Singleton instance = new Singleton();
//1：私有化构造方法，好在内部控制建立实例的数目
private Singleton(){
}
//2：定义一个方法来为客户端提供类实例
//3：这个方法须要定义成类方法，也就是要加static
//这个方法里面就不须要控制代码了
public static Singleton getInstance(){
//5：直接使用已经建立好的实例
return instance;
}
}
无论是采用哪种方式，在运行期间，都只会生成一个实例，而访问这些类的一个全局访问点，就是那个静态的getInstance方法。
单例模式的调用顺序示意图
先看懒汉式的调用顺序，如图所示：
饿汉式的调用顺序，如图所示：
##3.3 延迟加载的思想## 单例模式的懒汉式实现方式体现了延迟加载的思想，什么是延迟加载呢？
通俗点说，就是一开始不要加载资源或者数据，一直等，等到立刻就要使用这个资源或者数据了，躲不过去了才加载，因此也称Lazy Load，不是懒惰啊，是“延迟加载”，这在实际开发中是一种很常见的思想，尽量的节约资源。
体如今什么地方呢？看以下代码：
##3.4 缓存的思想## 单例模式的懒汉式实现还体现了缓存的思想，缓存也是实际开发中很是常见的功能。
简单讲就是，若是某些资源或者数据会被频繁的使用，而这些资源或数据存储在系统外部，好比数据库、硬盘文件等，那么每次操做这些数据的时候都从数据库或者硬盘上去获取，速度会很慢，会形成性能问题。
一个简单的解决方法就是：把这些数据缓存到内存里面，每次操做的时候，先到内存里面找，看有没有这些数据，若是有，那么就直接使用，若是没有那么就获取它，并设置到缓存中，下一次访问的时候就能够直接从内存中获取了。从而节省大量的时间，固然，缓存是一种典型的空间换时间的方案。
缓存在单例模式的实现中怎么体现的呢？
##3.5 Java中缓存的基本实现## 引伸一下，看看在Java开发中的缓存的基本实现，在Java中最多见的一种实现缓存的方式就是使用Map，基本的步骤是：
先到缓存里面查找，看看是否存在须要使用的数据
若是没有找到，那么就建立一个知足要求的数据，而后把这个数据设置回到缓存中，以备下次使用
若是找到了相应的数据，或者是建立了相应的数据，那就直接使用这个数据。
仍是看看示例吧，示例代码以下：
/**
* Java中缓存的基本实现示例
*/
public class JavaCache {
/**
* 缓存数据的容器，定义成Map是方便访问，直接根据Key就能够获取Value了
* key选用String是为了简单，方便演示
*/
private Map<String,Object> map = new HashMap<String,Object>();
/**
* 从缓存中获取值
* @param key 设置时候的key值
* @return key对应的Value值
*/
public Object getValue(String key){
//先从缓存里面取值
Object obj = map.get(key);
//判断缓存里面是否有值
if(obj == null){
//若是没有，那么就去获取相应的数据，好比读取数据库或者文件
//这里只是演示，因此直接写个假的值
obj = key+",value";
//把获取的值设置回到缓存里面
map.put(key, obj);
}
//若是有值了，就直接返回使用
return obj;
}
}
这里只是缓存的基本实现，还有不少功能都没有考虑，好比缓存的清除，缓存的同步等等。固然，Java的缓存还有不少实现方式，也是很是复杂的，如今有不少专业的缓存框架，更多缓存的知识，这里就再也不去讨论了。
##3.6 利用缓存来实现单例模式## 其实应用Java缓存的知识，也能够变相实现Singleton模式，算是一个模拟实现吧。每次都先从缓存中取值，只要建立一次对象实例事后，就设置了缓存的值，那么下次就不用再建立了。
虽然不是很标准的作法，可是一样能够实现单例模式的功能，为了简单，先不去考虑多线程的问题，示例代码以下：
/**
* 使用缓存来模拟实现单例
*/
public class Singleton {
/**
* 定义一个缺省的key值，用来标识在缓存中的存放
*/
private final static String DEFAULT_KEY = "One";
/**
* 缓存实例的容器
*/
private static Map<String,Singleton> map = new HashMap<String,Singleton>();
/**
* 私有化构造方法
*/
private Singleton(){
//
}
public static Singleton getInstance(){
//先从缓存中获取
Singleton instance = (Singleton)map.get(DEFAULT_KEY);
//若是没有，就新建一个，而后设置回缓存中
if(instance==null){
instance = new Singleton();
map.put(DEFAULT_KEY, instance);
}
//若是有就直接使用
return instance;
}
}
##3.7 单例模式的优缺点##
- 时间和空间
懒汉式是典型的时间换空间，也就是每次获取实例都会进行判断，看是否须要建立实例，费判断的时间，固然，若是一直没有人使用的话，那就不会建立实例，节约内存空间。
饿汉式是典型的空间换时间，当类装载的时候就会建立类实例，无论你用不用，先建立出来，而后每次调用的时候，就不须要再判断了，节省了运行时间。
- 线程安全
(1）从线程安全性上讲，不加同步的懒汉式是线程不安全的，好比说：有两个线程，一个是线程A，一个是线程B，它们同时调用getInstance方法，那就可能致使并发问题。以下示例：
程序继续运行，两个线程都向前走了一步，以下：
可能有些朋友会以为文字描述仍是不够直观，再来画个图说明一下，如图所示：
经过上图的分解描述，明显能够看出，当A、B线程并发的状况下，会建立出两个实例来，也就是单例的控制在并发状况下失效了。
(2）饿汉式是线程安全的，由于虚拟机保证了只会装载一次，在装载类的时候是不会发生并发的。
(3）如何实现懒汉式的线程安全呢？固然懒汉式也是能够实现线程安全的，只要加上synchronized便可，以下：
public static synchronized Singleton getInstance(){}
可是这样一来，会下降整个访问的速度，并且每次都要判断，也确实是稍微慢点。那么有没有更好的方式来实现呢？
(4）双重检查加锁，可使用“双重检查加锁”的方式来实现，就能够既实现线程安全，又可以使性能不受到大的影响。那么什么是“双重检查加锁”机制呢？
所谓双重检查加锁机制，指的是：并非每次进入getInstance方法都须要同步，而是先不一样步，进入方法事后，先检查实例是否存在，若是不存在才进入下面的同步块，这是第一重检查。进入同步块事后，再次检查实例是否存在，若是不存在，就在同步的状况下建立一个实例，这是第二重检查。这样一来，就只须要同步一次了，从而减小了屡次在同步状况下进行判断所浪费的时间。
双重检查加锁机制的实现会使用一个关键字volatile，它的意思是：被volatile修饰的变量的值，将不会被本地线程缓存，全部对该变量的读写都是直接操做共享内存,从而确保多个线程能正确的处理该变量。
注意:在Java1.4及之前版本中，不少JVM对于volatile关键字的实现有问题，会致使双重检查加锁的失败，所以双重检查加锁的机制只能用在Java5及以上的版本。
看看代码可能会更清楚些，示例代码以下：
public class Singleton {
/**
* 对保存实例的变量添加volatile的修饰
*/
private volatile static Singleton instance = null;
private Singleton(){
}
public static Singleton getInstance(){
//先检查实例是否存在，若是不存在才进入下面的同步块
if(instance == null){
//同步块，线程安全的建立实例
synchronized(Singleton.class){
//再次检查实例是否存在，若是不存在才真的建立实例
if(instance == null){
instance = new Singleton();
}
}
}
return instance;
}
}
这种实现方式既可以使实现线程安全的建立实例，又不会对性能形成太大的影响，它只是在第一次建立实例的时候同步，之后就不须要同步了，从而加快运行速度。
提示：因为volatile关键字可能会屏蔽掉虚拟机中一些必要的代码优化，因此运行效率并非很高，所以通常建议，没有特别的须要，不要使用。也就是说，虽然可使用双重加锁机制来实现线程安全的单例，但并不建议大量采用，根据状况来选用吧。
##3.8 在Java中一种更好的单例实现方式## 根据上面的分析，常见的两种单例实现方式都存在小小的缺陷，那么有没有一种方案，既可以实现延迟加载，又可以实现线程安全呢？
还真有高人想到这样的解决方案了，这个解决方案被称为Lazy initialization holder class模式，这个模式综合使用了Java的类级内部类和多线程缺省同步锁的知识，很巧妙的同时实现了延迟加载和线程安全。
- 先来看点相应的基础知识
什么是类级内部类？简单点说，类级内部类指的是：有static修饰的成员式内部类。若是没有static修饰的成员式内部类被称为对象级内部类。
类级内部类至关于其外部类的static成分，它的对象与外部类对象间不存在依赖关系，所以可直接建立。而对象级内部类的实例，是绑定在外部对象实例中的。
类级内部类中，能够定义静态的方法，在静态方法中只可以引用外部类中的静态成员方法或者成员变量。
类级内部类至关于其外部类的成员，只有在第一次被使用的时候才会被装载。
再来看看多线程缺省同步锁的知识。
你们都知道，在多线程开发中，为了解决并发问题，主要是经过使用synchronized来加互斥锁进行同步控制。可是在某些状况中，JVM已经隐含地为您执行了同步，这些状况下就不用本身再来进行同步控制了。这些状况包括：
由静态初始化器（在静态字段上或 static{} 块中的初始化器）初始化数据时
访问 final 字段时
在建立线程以前建立对象时
线程能够看见它将要处理的对象时
- 接下来看看这种解决方案的思路
要想很简单的实现线程安全，能够采用静态初始化器的方式，它能够由JVM来保证线程安全性。好比前面的“饿汉式”实现方式，可是这样一来，不是会浪费必定的空间吗？由于这种实现方式，会在类装载的时候就初始化对象，无论你需不须要。
若是如今有一种方法可以让类装载的时候不去初始化对象，那不就解决问题了？一种可行的方式就是采用类级内部类，在这个类级内部类里面去建立对象实例，这样一来，只要不使用到这个类级内部类，那就不会建立对象实例。从而同时实现延迟加载和线程安全。
看看代码示例可能会更清晰，示例代码以下：
public class Singleton {
/**
* 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 Singleton instance = new Singleton();
}
/**
* 私有化构造方法
*/
private Singleton() {
}
public static Singleton getInstance() {
return SingletonHolder.instance;
}
}
仔细想一想，是否是很巧妙呢！
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。
##3.9 单例和枚举## 按照《高效Java 第二版》中的说法：单元素的枚举类型已经成为实现Singleton的最佳方法。
为了理解这个观点，先来了解一点相关的枚举知识，这里只是强化和总结一下枚举的一些重要观点，更多基本的枚举的使用，请参看Java编程入门资料：
Java的枚举类型实质上是功能齐全的类，所以能够有本身的属性和方法
Java枚举类型的基本思想：经过公有的静态final域为每一个枚举常量导出实例的类
从某个角度讲，枚举是单例的泛型化，本质上是单元素的枚举
用枚举来实现单例很是简单，只须要编写一个包含单个元素的枚举类型便可，示例代码以下：
/**
* 使用枚举来实现单例模式的示例
*/
public enum Singleton {
/**
* 定义一个枚举的元素,它就表明了Singleton的一个实例
*/
uniqueInstance;
/**
* 示意方法，单例能够有本身的操做
*/
public void singletonOperation(){
//功能处理
}
}
使用枚举来实现单实例控制，会更加简洁，并且无偿的提供了序列化的机制，并由JVM从根本上提供保障，绝对防止屡次实例化，是更简洁、高效、安全的实现单例的方式。
##3.10 思考单例模式##
- 单例模式的本质
单例模式的本质：控制实例数目。
单例模式是为了控制在运行期间，某些类的实例数目只能有一个。可能有人就会想了，那么我能不能控制实例数目为2个，3个，或者是任意多个呢？目的都是同样的，节省资源啊，有些时候单个实例不能知足实际的须要，会忙不过来，根据测算，3个实例刚恰好，也就是说，如今要控制实例数目为3个，怎么办呢？
其实思路很简单，就是利用上面经过Map来缓存实现单例的示例，进行变形，一个Map能够缓存任意多个实例，新的问题就是，Map中有多个实例，可是客户端调用的时候，到底返回那一个实例呢，也就是实例的调度问题，咱们只是想要来展现设计模式，对于这个调度算法就不去深究了，作个最简单的，循环返回就行了，示例代码以下：
/**
* 简单演示如何扩展单例模式，控制实例数目为3个
*/
public class OneExtend {
/**
* 定义一个缺省的key值的前缀
*/
private final static String DEFAULT_PREKEY = "Cache";
/**
* 缓存实例的容器
*/
private static Map<String,OneExtend> map = new HashMap<String,OneExtend>();
/**
* 用来记录当前正在使用第几个实例，到了控制的最大数目，就返回从1开始
*/
private static int num = 1;
/**
* 定义控制实例的最大数目
*/
private final static int NUM_MAX = 3;
private OneExtend(){}
public static OneExtend getInstance(){
String key = DEFAULT_PREKEY+num;
//缓存的体现，经过控制缓存的数据多少来控制实例数目
OneExtend oneExtend = map.get(key);
if(oneExtend==null){
oneExtend = new OneExtend();
map.put(key, oneExtend);
}
//把当前实例的序号加1
num++;
if(num > NUM_MAX){
//若是实例的序号已经达到最大数目了，那就重复从1开始获取
num = 1;
}
return oneExtend;
}
public static void main(String[] args) {
//测试是否能知足功能要求
OneExtend t1 = getInstance ();
OneExtend t2 = getInstance ();
OneExtend t3 = getInstance ();
OneExtend t4 = getInstance ();
OneExtend t5 = getInstance ();
OneExtend t6 = getInstance ();
System.out.println("t1=="+t1);
System.out.println("t2=="+t2);
System.out.println("t3=="+t3);
System.out.println("t4=="+t4);
System.out.println("t5=="+t5);
System.out.println("t6=="+t6);
}
}
测试一下，看看结果，以下：
t1==cn.javass.dp.singleton.example9.OneExtend@6b97fd t2==cn.javass.dp.singleton.example9.OneExtend@1c78e57 t3==cn.javass.dp.singleton.example9.OneExtend@5224ee t4==cn.javass.dp.singleton.example9.OneExtend@6b97fd t5==cn.javass.dp.singleton.example9.OneExtend@1c78e57 t6==cn.javass.dp.singleton.example9.OneExtend@5224ee
- 什么时候选用单例模式
建议在以下状况中，选用单例模式：
当须要控制一个类的实例只能有一个，并且客户只能从一个全局访问点访问它时，能够选用单例模式，这些功能刚好是单例模式要解决的问题。
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