Java23种设计模式之单例模式

一、单例模式简介

　　单例模式是Java设计模式中常见的一种模式。主要分为懒汉式单例、饿汉式单例、登记式单例；

　　单例模式的特点： 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的实例； 3、单例类必须给所有其他对象提供这一实例；

二、饿汉式单例　

public class SingleTonModel {

    private SingleTonModel(){}
    private static final SingleTonModel singt=new SingleTonModel();
    
    public static SingleTonModel getInstance(){
        return singt;
    }
}

饿汉式在类创建的同时就已经创建好一个静态的对象供系统使用，以后不再改变，所以天生是线程安全的。

三、懒汉式单例

　　简单的例子：

public class SingleTonModel {

    private SingleTonModel(){}
    private static  SingleTonModel singt=null;
    
    public static SingleTonModel getInstance(){
        if(singt==null){
            singt=new SingleTonModel();
        }
        return singt;
    }
}

Singleton通过将构造方法限定为private避免了类在外部被实例化，在同一个虚拟机范围内，Singleton的唯一实例只能通过getInstance()方法访问。

（事实上，通过Java反射机制是能够实例化构造方法为private的类的，那基本上会使所有的Java单例实现失效。此问题在此处不做讨论，姑且掩耳盗铃地认为反射机制不存在。）

但是以上懒汉式单例的实现没有考虑线程安全问题，它是线程不安全的，并发环境下很可能出现多个Singleton实例，要实现线程安全，有以下三种方式，都是对getInstance这个方法改造，保证了懒汉式单例的线程安全：（课外知识可以了解线程安全）

　　改造一：在静态方法上添加关键词：synchronized,进行同步

public class SingleTonModel {

    private SingleTonModel(){}
    private static  SingleTonModel singt=null;
    
    public static synchronized SingleTonModel getInstance(){
        if(singt==null){
            singt=new SingleTonModel();
        }
        return singt;
    }
}

　　虽然通过同步保障了线程安全，但是每次都要同步，会影响性能，毕竟99%的情况下是不需要同步的。

改造二：在判断不存在实例时才进行同步

public class SingleTonModel {

    private SingleTonModel(){}
    private static  SingleTonModel singt=null;
    
    public static  SingleTonModel getInstance(){
        if(singt==null){
            synchronized(SingleTonModel.class){
                if(singt==null){
                    singt=new SingleTonModel();
                }
            }
        }
        return singt;
    }
}

　　在getInstance中做了两次null检查，确保了只有第一次调用单例的时候才会做同步，这样也是线程安全的，同时避免了每次都同步的性能损耗。

改造三：添加内部静态类

public class SingleTonModel {

    private SingleTonModel(){}
    
    private static class lanSingleton{
        private static final SingleTonModel singt=new SingleTonModel();
    }
    
    public static final SingleTonModel getInstance(){
        return lanSingleton.singt;
    }
}

利用了classloader的机制来保证初始化instance时只有一个线程，所以也是线程安全的，同时没有性能损耗，所以一般我倾向于使用这一种。

四、登记式单例（很少用）

/类似Spring里面的方法，将类名注册，下次从里面直接获取。  
public class Singleton3 {  
    private static Map<String,Singleton3> map = new HashMap<String,Singleton3>();  
    static{  
        Singleton3 single = new Singleton3();  
        map.put(single.getClass().getName(), single);  
    }  
    //保护的默认构造子  
    protected Singleton3(){}  
    //静态工厂方法,返还此类惟一的实例  
    public static Singleton3 getInstance(String name) {  
        if(name == null) {  
            name = Singleton3.class.getName();  
            System.out.println("name == null"+"--->name="+name);  
        }  
        if(map.get(name) == null) {  
            try {  
                map.put(name, (Singleton3) Class.forName(name).newInstance());  
            } catch (InstantiationException e) {  
                e.printStackTrace();  
            } catch (IllegalAccessException e) {  
                e.printStackTrace();  
            } catch (ClassNotFoundException e) {  
                e.printStackTrace();  
            }  
        }  
        return map.get(name);  
    }  
    //一个示意性的商业方法  
    public String about() {      
        return "Hello, I am RegSingleton.";      
    }      
    public static void main(String[] args) {  
        Singleton3 single3 = Singleton3.getInstance(null);  
        System.out.println(single3.about());  
    }  
}

　　登记式单例实际上维护了一组单例类的实例，将这些实例存放在一个Map（登记薄）中，对于已经登记过的实例，则从Map直接返回，对于没有登记的，则先登记，然后返回。

课外小知识：

　　1、什么是线程安全

　　如果你的代码所在的进程中有多个线程在同时运行，而这些线程可能会同时运行这段代码。如果每次运行结果和单线程运行的结果是一样的，而且其他的变量的值也和预期的是一样的，就是线程安全的。

　　或者说：一个类或者程序所提供的接口对于线程来说是原子操作，或者多个线程之间的切换不会导致该接口的执行结果存在二义性,也就是说我们不用考虑同步的问题，那就是线程安全的。