Java 单例模式

单例模式

单例模式（Singleton Pattern）是 Java 中最简单的设计模式之一。这种类型的设计模式属于创建型模式，它提供了一种创建对象的最佳方式。

这种模式涉及到一个单一的类，该类负责创建自己的对象，同时确保只有单个对象被创建。这个类提供了一种访问其唯一的对象的方式，可以直接访问，不需要实例化该类的对象。

注意：

　　1、单例类只能有一个实例。

　　2、单例类必须自己创建自己的唯一实例。

　　3、单例类必须给所有其他对象提供这一实例。

介绍

意图：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。

主要解决：一个全局使用的类频繁地创建与销毁。

何时使用：当您想控制实例数目，节省系统资源的时候。

如何解决：判断系统是否已经有这个单例，如果有则返回，如果没有则创建。

关键代码：构造函数是私有的。

应用实例： 1、一个党只能有一个书记。

　　　　　 2、Windows 是多进程多线程的，在操作一个文件的时候，就不可避免地出现多个进程或线程同时操作一个文件的现象，所以所有文件的处理必须通过唯一的实例来进行。

　　　　　 3、一些设备管理器常常设计为单例模式，比如一个电脑有两台打印机，在输出的时候就要处理不能两台打印机打印同一个文件。

优点： 1、在内存里只有一个实例，减少了内存的开销，尤其是频繁的创建和销毁实例（比如管理学院首页页面缓存）。

　　　 2、避免对资源的多重占用（比如写文件操作）。

缺点：没有接口，不能继承，与单一职责原则冲突，一个类应该只关心内部逻辑，而不关心外面怎么样来实例化。

使用场景： 1、要求生产唯一序列号。

　　　　　 2、WEB 中的计数器，不用每次刷新都在数据库里加一次，用单例先缓存起来。

　　　　 3、创建的一个对象需要消耗的资源过多，比如 I/O 与数据库的连接等。

注意事项：getInstance() 方法中需要使用同步锁 synchronized (Singleton.class) 防止多线程同时进入造成 instance 被多次实例化。

　　代码实现：

SingleObject 类：

package com.test;

public class SingleObject {
    //创建一个SingleObject的对象
    private static SingleObject instance = new SingleObject();

    //让构造函数为private，这样该类不会被实例化
    private SingleObject(){  }

    //唯一可用的对象
    public static SingleObject getInstance(){
        return instance;
    }
　　
    public void showMessage(){
        System.out.println("Hello 单实例模式！");
    }

}

Demo.java类：

package com.test;

public class Demo{

    public static void main(String[] args) {
        //不合法的构造函数
        //编译时错误：构造函数 SingleObject()  不可见的
        //SingleObject single = new SingleObject();  //错误

        //唯一可用对象
        SingleObject obj = SingleObject.getInstance();

        //调用showMessage()方法
        obj.showMessage();


    }

}

运行结果：

单例模式的几种实现方式

单例模式的实现有多种方式，如下所示：

1、懒汉式（如下事例，当调用getInstance方法才进行创建对象操作）

　　不初始化，多线程时不安全

　　这种方式是最基本的实现方式，这种实现最大的问题就是不支持多线程。因为没有加锁 synchronized，所以严格意义上它并不算单例模式。
这种方式 lazy loading 很明显，不要求线程安全，在多线程不能正常工作。

package com.test;

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

在上面的实例getInstance()方法用synchronized修饰，即可解决线程安全问题。

2、饿汉式

　　不初始化，线程安全

　　这种方式比较常用，但容易产生垃圾对象。
　　优点：没有加锁，执行效率会提高。
　　缺点：类加载时就初始化，浪费内存。
　　它基于 classloader 机制避免了多线程的同步问题，不过，instance 在类装载时就实例化，虽然导致类装载的原因有很多种，在单例模式中大多数都是调用 getInstance 方法，但是也不能确定有其他的方式（或者其他的静态方法）导致类装载，这时候初始化 instance 显然没有达到 lazy loading 的效果。

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

4、双检锁/双重校验锁（ double-checked locking）

JDK 版本：JDK1.5 起

　　会初始化，线程安全，但是难度较高

　　这种方式采用双锁机制，安全且在多线程情况下能保持高性能。getInstance() 的性能对应用程序很关键。

　　volatile:1、可见性。（当被volatile修饰的字段被修改时，其它线程也是可见的）volatile修饰字段了解

　　　　　　2、指令重排。

public class SingleOne {
    //加volatile关键字修饰
    private volatile static SingleOne instance;
    private SingleOne(){ }
    public static SingleOne getInstance() {
        if(instance==null){
            //synchronize 第二重锁
            synchronized (SingleOne.class){
                instance = new SingleOne();
            }
        }
        
        return instance;
    }
}

5、静态内部类模式

　　1、线程安全。

　　2、只会被初始化一次。

　　3、只有当静态内部类的属性、方法等被调用时，静态内部类才会被加载，静态内部类的静态成员只会执行一次。

package com.test;

public class Boos {
    //构造器私有化
    private Boos(){   }
    
    //充分利用静态内部类的特性，在里面初始化 Boos实例
    //  只会被初始化一次
    //  只有当静态内部类的属性、方法等被调用时，静态内部类才会被加载
    static class Hello{
        private final static Boos INSTANCE = new Boos();
    }

    //提供公共方法，获取实例化好之后的对象
    public static Boos getInstance(){
        return Hello.INSTANCE;
    }

    public static void main(String[] args) {

        Boos boos = Boos.getInstance();


    }


}