单例模式——创建型模式01

1. 名称

单例模式（Singleton Pattern）：确保某一个类只有一个实例，而且自行实例化并向整个系统提供这个实例，这个类称为单例类。单例模式是一种对象创建型模式。

2. 问题

在有些时候，对于某个类，我们无需创建多个它的实例。站在资源利用的角度讲，单例能够节省系统资源；站在面向对象设计的角度讲，有些类确实只应该存在一个实例。例如，一个资源管理器类（比如Windows的资源管理器），它封装着系统的一些数据信息，它的作用就是封装这些数据信息，然后提供一些操作数据的方法，供调用者调用。我们是没有必要创建出多个它的实例的（还是以Windows的资源管理器为例，正常情况下你只能打开一个它的窗口）。

3. 解决方案

实现单例模式的方案有很多，下面给出几种常见的方案：

(1) 懒汉式（线程不安全）

Java代码如下：

public class Singleton {

    private static Singleton instance;

    private Singleton() {
    }

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

代码很简单，算是最基本单例模式。具有懒加载特点，即在getInstance方法调用时，才初始化instance，但其只能在单线程中达到单例效果，在多线程中可能会出现创建多个实例的问题。

(2) 懒汉式（线程安全）

Java代码如下：

public class Singleton {

    private static Singleton instance;

    private Singleton() {
    }

    public synchronized static Singleton getInstance() {
        return instance == null ? new Singleton() : instance;
    }
}

由于（1）中给出的懒汉模式的getInstance方法没有同步，而达不到单例的目的，于是有了（2）中线程安全的懒汉模式。它与（1）的区别仅仅在getInstance()方法前加了synchronized关键字。但随之而来的是效率低的问题，事实上，在大部分情况下，getInstance方法是不需要同步。

(3) 饿汉式（线程安全）

Java代码如下：

public class Singleton {

    private static Singleton instance = new Singleton();

    private Singleton() {
    }

    public synchronized static Singleton getInstance() {
        return instance;
    }
}

这种方式利用了classLoder的特点，在类装载时就初始化instance，而在getInstance中直接返回instance，避免了多线程安全问题。缺点是，在类装载时就实例化对象，而不能进行懒加载。

除了上面的方法外，有时候，还用静态代码块来初始化instance，与上述方法类似。

public class Singleton {

    private static Singleton instance;

    static{
        instance = new Singleton();
    }

    private Singleton() {
    }

    public synchronized static Singleton getInstance() {
        return instance;
    }
}

(4) IoDH（Initialization on Demand Holder，线程安全）

public class Singleton {

    private static class Holder {
        private final static Singleton instance = new Singleton();
    }

    private Singleton() {
    }

    public synchronized static Singleton getInstance() {
        return Holder.instance;
    }
}

这种方式兼具了以上两种方式的优点，既能够懒加载（只有在调用getInstance方法时，系统才会装载Holder类，从而实例化Instance），又是线程安全的。

(5) 枚举

public enum Singleton {
    INSTANCE;
}

利用枚举来达到单例的目的，见的比较少。

(6) 双重检查锁定（Double-check Locking，线程安全）

public class Singleton {

    private static Singleton instance;

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

这种方法是对（2）中懒加载方式的改进。它不是将整个getInstance方法锁定，而是利用了同步代码块，缩小了同步范围，提高效率。之所以使用两层判断，原因如下：

使用第一个判断，可以避免大多数不需要同步的情况发生阻塞。如果没有该判断，与直接锁定方法无异；第二个判断是基本的判断，判断是否实例化。