设计模式学习心得<单利模式 Singleton>

概述

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• 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。

• 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。
4. 对于频繁使用的对象，可以省略创建对象所花费的时间，这对于那些重量级对象而恶言，是非常可观的一笔系统开销。
5. 由于new 操作的次数减少，因而对系统内存的使用频率也会降低，这将减轻GC压力，缩短GC停顿时间。

• 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。

实现方式

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1. 懒汉式，线程不安全

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

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

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。

2. 懒汉式，线程安全

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

具备很好的 lazy loading，能够在多线程中很好的工作，但是，效率很低，99% 情况下不需要同步。

优点：第一次调用才初始化，避免内存浪费。

缺点：必须加锁 synchronized 才能保证单例，但加锁会影响效率。

3. 饿汉式

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

基于classloder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。

4. 双检锁/双重校验锁（DCL，即 double-checked locking）

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

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。

5. 静态内部类

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

利用了 classloder 机制来保证初始化 instance 时只有一个线程。

它跟第 3 种方式不同的是：第 3 种方式只要 Singleton 类被装载了，那么 instance 就会被实例化（没有达到 lazy loading 效果），而这种方式是 Singleton 类被装载了，instance 不一定被初始化。

因为 SingletonHolder 类没有被主动使用，只有通过显式调用 getInstance 方法时，才会显式装载 SingletonHolder 类，从而实例化 instance。

6. 枚举

public enum Singleton {
    INSTANCE;
    public void whateverMethod() {
    }
}

这种方式是 Effective Java 作者 Josh Bloch 提倡的方式，它不仅能避免多线程同步问题，而且还自动支持序列化机制，防止反序列化重新创建新的对象，绝对防止多次实例化。

7. Spring Bean Scopes

Scope	Description
singleton	单例模式，在整个Spring IoC容器中，使用singleton定义的Bean将只有一个实例
prototype	原型模式，每次通过容器的getBean方法获取prototype定义的Bean时，都将产生一个新的Bean实例
request	对于每次HTTP请求，使用request定义的Bean都将产生一个新实例，即每次HTTP请求将会产生不同的Bean实例。 只有在Web应用中使用Spring时，该作用域才有效
session	对于每次HTTP Session，使用session定义的Bean豆浆产生一个新实例。 同样只有在Web应用中使用Spring时，该作用域才有效
global session	每个全局的HTTP Session，使用session定义的Bean都将产生一个新实例。典型情况下，仅在使用portlet context的时候有效。 同样只有在Web应用中使用Spring时，该作用域才有效

基于注解开发时，@scope完成bean的作用域配置默认是单例模式（singleton）。现在普遍的Java开发过程，都会应用Spring 此时需要单利对象，利用它其实是最省事方便的。

@Component
public class Singleton {
    @Bean
    public Singleton getInstance() {
    return new Singleton();
    }
}  

public class Client {
    @Autowire
    private Singleton singleton;
}