Singleton Pattern(单例模式)

1、简介

　　单例模式，顾名思义，即在整个系统中，类的实例对象只有一个。

　　单例模式具有以下特点：

- 单例类只能有一个实例
- 单例类必须自己创建自己的唯一实例
- 单例类必须给所有其他对象提供这一实例

2、实现

　　其实现原理为将构造函数设为private，以让外部无法使用new来实例化对象。单例类内部保存着一个该类的静态实例对象并对外提供。

　　2.1 饿汉式

　　　　饿汉式，所谓的“饿”是指一开始就要“吃”，即单例类一被加载就初始化。实现代码如下：

public class Singleton1 {
    private static final Singleton1 instance = new Singleton1();

    private Singleton1() {}
    
    public static Singleton1 getSingleton() {
        return instance;
    }
}

　　2.2 懒汉式

　　懒汉式，同饿汉式相反，所谓的“懒”指单例类被加载时未被初始化，等到被第一次获取单例对象时才对对象进行初始化。实现了懒加载。实现代码如下：

public class Singleton2 {
    private static Singleton2 instance;

    private Singleton2() {}

    public static Singleton2 getSingleton() {
        if (instance == null)
            instance = new Singleton2();
        return instance;
    }
}

　　这种写法是线程不安全的（线程1运行到if之后阻塞，线程2对instance初始化完成，线程1将再次对instance进行初始化），在多线程环境下将不能正常工作。对其getSingleton()方法加锁以解决线程不安全问题，如下：

public class Singleton3 {
    private static Singleton3 instance;
    
    private Singleton3() {}
    
    public synchronized static Singleton3 getSingleton() {
        if (instance == null) 
            instance = new Singleton3();
        return instance;
    }
}

　　以上写法属于线程安全型，但是它效率并不高。在instance被初始化之后，使用getSingleton获取对象，该方法仍然是加锁的，导致效率低下。对其进行修改，当instance为null的时候才对方法内部代码进行加锁。不为null时直接返回instance。如下：

public class Singleton4 {
    private static Singleton4 instance;
    
    private Singleton4() {}
    
    public static Singleton4 getSingleton() {
        if (instance == null)
            synchronized(Singleton4.class){
                if (instance == null)
                    instance = new Singleton4();
            }
        return instance;
    }
}

　　2.3 静态内部类

public class Singleton5 {
    private static class InstanceClass {
        private static Singleton5 instance = new Singleton5();
    }
    
    private Singleton5() {}
    
    public static Singleton5 getSingleton() {
        return InstanceClass.instance;
    }
}

3、使用场景

　　在一个系统中，要求一个类有且只有一个对象时可采用单例模式。例如

Java的Runtime对象
要求生成唯一序列号的环境

4、优点

类只有一个实例，从而减小对内存的开销。特别是一个对象需要频繁地创建和销毁时。
由于单例模式只生成一个实例，所以减少了系统的性能开销，当一个对象的产生需要比较多的资源时，如读取配置、产生其他依赖对象时，则可以通过在应用启动时直接产生一个单例对象，然后用永久驻留内存的方式来解决。
避免了对资源的多重利用。例如写文件，因为只有一个对象，从而避免了对同一个资源文件的同时写操作。
可以在系统设置全局的访问点，优化和共享资源访问，例如可以设计一个单例类，负责所有数据表的映射处理。

5、缺点

单例模式一般没有接口，扩展很困难。
对测试是不利的。在并行开发环境中，如果单例模式没有完成，是不能进行测试的，没有借口也不能使用mock的方式虚拟一个对象。
单例模式与单一职责有冲突。一个类应该只实现一个逻辑，而不关心他是否是单例的，是不是单例取决于环境，单例模式把“要单例”和业务逻辑融合在一个类中。