设计模式之单例模式

前言

设计模式是人们在日常工作中总结出来的一些好的设计方式。用于指导人们能够写出优雅（可扩展，好维护）的代码。

也能让自己心情愉快。

简介

单例模式是一种比较简单的模式。定义为确保某一个类只有一个是实例，而且自行实例化并向整个系统提供这个实例。

例子

饿汉式：

public class Singleton {
    private static final Singleton singeleton = new Singleton();
    // 私有对象可限制new多个对象
    private Singleton(){}

    public static Singleton getSingeleton(){
        return singeleton;
    }

}

优点：

线程安全
实现简单

缺点：

不是懒加载，在加载类时就会被初始化。即使该类你没有被使用。
如果实例依赖参数则无法实现

懒汉式线程不安全（不推荐）

public class Singleton {
    private static Singleton instance;
    private Singleton (){}

    public static Singleton getInstance() {
     if (instance == null) {
         instance = new Singleton();
     }
     return instance;
    }
}

优点：

实现了懒加载，在单线程下在使用时才能正确创建实例

缺点：

虽然使用了懒加载，但是有个严重问题。在多个线程并行调用getInstance()时会创建多个实例。这样在这个充满多线程开发的web应用下是很不可取的。所以不推荐这种用法。

懒汉式线程安全（双重检验锁模式）

使用同步块枷锁的方式来保证线程安全，为何双重判断？当有多个线程同时进入第一个if的时候。如果此时未实例化，则会只有一个线程进入同步代码块，其他代码块将会等待，然后进入第二个。如果该线程在获取锁后已经实例化就跳过实例化，所以存在第二重判断空。

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

以上代码看着很完美，但是它存在一个问题。instance = new Singleton();就是这个

他并非一个原子操作。这句在jvm中做了三件事情

分配内存
调用构造函数初始化成员变量
分配内存空间（instance ！=null）

由于jvm在编译时存在指令重排序的优化，也就是第二步和第三步有可能被交换。这样就会出现先分配空间在初始化。这时如果有线程到了第一个if就会错误的得到instanc！=null的并没有初始化的实例。如果使用没有初始化的实例则会报错。

解决方案为添加volatile关键字来防止指令的重排

优化后的代码：

public class Singleton {
    private volatile static Singleton instance; //声明成 volatile
    private Singleton (){}

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

}

优点：

实现了懒加载
线程安全

缺点：

代码较复杂而且还隐含jvm问题，不容易理解，一不小心容易犯错
java5以前的版本volatile有缺陷无法避免重排序
存在同步代码块，性能上可能不如其他方式

懒汉式，静态内部类（懒汉式加载推荐）

《Effective Java》上推荐

public class Singleton {
    private static class SingletonHolder {
        private static final Singleton INSTANCE = new Singleton();
    }
    private Singleton (){}
    public static final Singleton getInstance() {
        return SingletonHolder.INSTANCE;
    }
}

优点：

懒加载
线程安全
读取实例不同步，性能比双重校验好

缺点：

基本无缺点，真要说缺点就是不出名

小结

就一般而言，直接使用饿汉式即可，如果要求使用懒加载推荐使用静态内部类。

为何要使用单列模式

优点：

单例模式在内存中，只有一个实例，减少内存开支。
当一个对象的产生需要比较多资源时，如读取配置可以通过启动时实现一个单例对象来解决
避免对资源的多重占用，避免对一个资源文件的同时写操作

缺点：

没有接口，扩展难
对测试不理
与单一职责原则冲突

使用场景

要求生成巍译序列号的环境
整个项目需要一个共享访问点或共享数据，如web页面计数器，使用单例可以保持计数器的值
创建一个对象需要消耗资源过多，如访问IO和数据库

纯鈞