设计模式之单例模式

单例模式

单例设计模式介绍

所谓类的单例设计模式，就是采取一定的方法保证在整个的软件系统中，对某个类只能存在一个对象实例，
并且该类只提供一个取得其对象实例的方法(静态方法)。

比如 Hibernate 的 SessionFactory，它充当数据存储源的代理，并负责创建 Session 对象。SessionFactory 并不是
轻量级的，一般情况下，一个项目通常只需要一个 SessionFactory 就够，这是就会使用到单例模式。

单例模式有八种方式：

饿汉式( 静态常量)
饿汉式（静态代码块）
懒汉式(线程不安全)
懒汉式(线程安全，同步方法)
懒汉式(线程安全，同步代码块)
双重检查
静态内部类
枚举

饿汉式（静态常量）

class Singleton {
    //1. 构造器私有化, 外部能 new
    private Singleton() {}

    //2.本类内部创建对象实例
    private final static Singleton instance = new Singleton();
    //3. 提供一个公有的静态方法，返回实例对象
    public static Singleton getInstance() {
    	return instance;
    }
}

优缺点说明：
（1）优点：这种写法比较简单，就是在类装载的时候就完成实例化。避免了线程同步问题。
（2）缺点：在类装载的时候就完成实例化，没有达到 Lazy Loading 的效果。如果从始至终从未使用过这个实例，则会造成内存的浪费
（3）这种方式基于 classloder 机制避免了多线程的同步问题。
（4）结论：这种单例模式可用，可能造成内存浪费

饿汉式（静态代码块）

//饿汉式(静态代码块)
class Singleton {
    //1. 构造器私有化, 外部能 new
    private Singleton() {}
    
    //2.本类内部创建对象实例
    private static Singleton instance;
    
    static { // 在静态代码块中，创建单例对象
    	instance = new Singleton();
    }
    //3. 提供一个公有的静态方法，返回实例对象
    public static Singleton getInstance() {
    	return instance;
    }
}

优缺点说明：
（1）这种方式和上面的方式其实类似，只不过将类实例化的过程放在了静态代码块中，也是在类装载的时候，就执行静态代码块中的代码，初始化类的实例。优缺点和上面是一样的。
（2）结论：这种单例模式可用，但是可能造成内存浪费

懒汉式（线程不安全）

class Singleton {
    private static Singleton instance;
    private Singleton() {}
    //提供一个静态的公有方法，当使用到该方法时，才去创建 instance
    //即懒汉式
    public static Singleton getInstance() {
        if(instance == null) {
        	instance = new Singleton();
    	}
    	return instance;
    }
}

如果在多线程下，一个线程进入了 if (singleton == null)判断语句块，还未来得及往下执行，另一个线程也通过
了这个判断语句，这时便会产生多个实例。所以在多线程环境下不可使用这种方式

优缺点说明：
（1）起到了 Lazy Loading 的效果，但是只能在单线程下使用。
（2）结论：在实际开发中，不要使用这种方式.

懒汉式(线程安全，同步方法)

// 懒汉式(线程安全，同步方法)
class Singleton {
    private static Singleton instance;
    private Singleton() {}
    
    //提供一个静态的公有方法，加入同步处理的代码，synchronized解决线程安全问题
    //即懒汉式
    public static synchronized Singleton getInstance() {
        if(instance == null) {
        	instance = new Singleton();
        }
        return instance;
    }
}

synchronized,同步处理，解决线程安全问题

优缺点说明：
（1）解决了线程安全问题
（2）效率太低了，每个线程在想获得类的实例时候，执行 getInstance()方法都要进行同步。而其实这个方法只执行一次实例化代码就够了，后面的想获得该类实例，直接 return 就行了。方法进行同步效率太低
（3）结论：在实际开发中，不推荐使用这种方式

懒汉式(线程不安全，同步代码块)

// 懒汉式(线程安全，同步代码)
class Singleton {
    private static Singleton instance;
    private Singleton() {}
    
    //提供一个静态的公有方法，加入同步处理的代码，synchronized解决线程安全问题
    //即懒汉式
    public static Singleton getInstance() {
        if(instance == null) {
            synchronized(Singleton.class){	//同步代码块
        		instance = new Singleton();
            }
        }
        return instance;
    }
}

根本就不能解决线程问题，不能使用

双重检查

// 懒汉式(线程安全，双重检查)
class Singleton {
private static volatile Singleton instance;	// volatile
    private Singleton() {}
    //提供一个静态的公有方法，加入双重检查代码，解决线程安全问题, 同时解决懒加载问题
    //同时保证了效率, 推荐使用
    public static synchronized Singleton getInstance() {
        if(instance == null) {
            synchronized (Singleton.class) {
                if(instance == null) {
                    instance = new Singleton();
                }
        	}
   		 }
         return instance;
    }
}

优缺点说明：
（1）Double-Check 概念是多线程开发中常使用到的，如代码中所示，我们进行了两次 if (singleton == null)检查，这样就可以保证线程安全了。这样，实例化代码只用执行一次，后面再次访问时，判断 if (singleton == null)，直接 return 实例化对象，也避免的反复进行方法同步.
（2）线程安全；延迟加载；效率较高
（3）结论：在实际开发中， 推荐使用这种单例设计模式

静态内部类

// 静态内部类完成， 推荐使用
class Singleton {
    
    //构造器私有化
    private Singleton() {}
    //写一个静态内部类,该类中有一个静态属性 Singleton
    private static class SingletonInstance {
    	private static final Singleton INSTANCE = new Singleton();
    }
    //提供一个静态的公有方法，直接返回 SingletonInstance.INSTANCE
    public static Singleton getInstance() {
    	return SingletonInstance.INSTANCE;
    }
}

优缺点说明：
（1）这种方式采用了类装载的机制来保证初始化实例时只有一个线程。
（2）静态内部类方式在 Singleton 类被装载时并不会立即实例化，而是在需要实例化时，调用 getInstance 方法，才会装载 SingletonInstance 类，从而完成 Singleton 的实例化。
（3）类的静态属性只会在第一次加载类的时候初始化，所以在这里，JVM 帮助我们保证了线程的安全性，在类进行初始化时，别的线程是无法进入的。
（4）优点：避免了线程不安全，利用静态内部类特点实现延迟加载，效率高
（5）结论：推荐使用.

枚举

//使用枚举，可以实现单例, 推荐
enum Singleton {
    INSTANCE; //属性
    public void sayOK() {
    	System.out.println("ok~");
    }
}

优缺点说明：
（1）这借助 JDK1.5 中添加的枚举来实现单例模式。不仅能避免多线程同步问题，而且还能防止反序列化重新创建新的对象。
（2）这种方式是 Effective Java 作者 Josh Bloch 提倡的方式
（3）结论：推荐使用

单例模式注意事项和细节说明

（1）单例模式保证了系统内存中该类只存在一个对象，节省了系统资源，对于一些需要频繁创建销毁的对象，使用单例模式可以提高系统性能
（2）当想实例化一个单例类的时候，必须要记住使用相应的获取对象的方法，而不是使用 new
（3）单例模式使用的场景：需要频繁的进行创建和销毁的对象、创建对象时耗时过多或耗费资源过多(即：重量级对象)，但又经常用到的对象、工具类对象、频繁访问数据库或文件的对象(比如数据源、session 工厂等)