漫谈设计模式（二）：单例(Singleton)模式

1.前言

实际业务中，大多业务类只需要一个对象就能完成所有工作，另外再创建其他对象就显得浪费内存空间了，例如web开发中的servlet，这时便要用到单例模式，就如其名一样，此模式使某个类只能生成唯一的一个对象。单例模式，根据单例对象创建的时机不同，可以分为懒汉模式和饿汉模式。

2.饿汉（单例）模式

饿汉模式，是在一开始的类加载完成后，便创建一个实例对象。此时不管项目中会不会用到这个对象，这个对象都会被创建，它会在内存中占用一定的空间。如果实在需要此对象，需要调用它的某些方法进行业务处理，那就用getInstance()直接从内存中取出这个对象的引用。

public class HungrySingleton {
	//声明一个当前类的变量为类变量，方便静态方法访问，保证还存在一个当前类的对象
	private static HungrySingleton singleInstance = new HungrySingleton();
	private String description; //其他属性

	/*
	 * 私有化唯一的默认构造方法，使其不能在外部（其他类中）通过构造方法创建实例对象
	 */
	private HungrySingleton() {}  

	/**
	 * 返回此类的唯一对象
	 * @return
	 */
	/*
	 * 因构造器被私有化，外部不能直接获得实例对象，也就不能调用实例方法获得对象的引用
	 * （这也就陷入了死循环。外部起初没有持有singleInstance的引用，现实需求又想通过此对象来调用方法获得它的引用，
	 * 另外若外部本来持有它的引用，就根本用不着调用方法来获得它的引用。）
	 * 因此只能将此方法声明为与对象无关的静态方法，静态方法又不能直接访问成员变量，singleInstance只能声明为静态的类变量
	 */
	public static HungrySingleton getInstance() {
		return singleInstance;
	}

}

　　

3.懒汉（单例）模式

懒汉模式，在类初始化的时候只会将singleInstance 字段（类变量）初始为空null,并不会将其实例化；只有在确实需要这个对象，需要用这个对象的方法进行业务处理时，才对其初始化。这里用到了"对象初始化延迟”的理念，这样做可以尽可能做到减少内存开锁，实现按需分配内存。而在多线程环境中，多个线程访问同一个全局变量可能会出现线程安全问题，即某个线程访问的这个变量值可能是不安全的，可能是“已过期”的值。就如一个线程刚刚通过getInstance()方法改变了singleInstance 的状态，singleInstance 已经被实例化了，而且并未退出方法，全局变量singleInstance 还未更新，但此时另一个线程也进入了getInstance()方法，却发现singleInstance 并未实例化，这个方法会再去实例化一个对象。这种情况下，单例模式就不能保证实现真的“单例”，因此方法或代码块需要设置同步。参考网上的帖子，以双重校验锁的形式在保证线程安全的同时，降低同步的性能损耗。另外在静态方法中getInstance() 中要访问singleInstance，而singleInstance是类变量，那么要保证线程安全就必须给类加锁（Class元类中默认包含类锁，对象中也默认包含对象锁），而不是给对象加锁。

public class LazySingleton {
	// 用"volatile"关键字声明，防止编译优化，改变内存分配顺序
	private static volatile LazySingleton singleInstance = null;
	// 元类锁
	private static final Class<?> CLASS_LOCK = LazySingleton.class;

	//对象计数器
	private static  int instanceCount=0;

	private LazySingleton() {
	}

	/**
	 *  返回此类的唯一对象
	 * @return
	 */
	public static LazySingleton getInstance() {
		/*
		 * 设置同步块，保证在多线程条件下，也只有一个对象（单线程下，不需要同步）
		 *
		 * 只有检测到singleInstance未被实例化时，才设置同步块。
		 * 如果检测到singleInstance已被实例化，则直接返回其引用。
		 * 这种双重同步验证锁，比给整个方法中的代码设为同步块或将方法声明为同步方法，性能要高得多。
		 * 因为双重同步验证，只会同步一次，其另外两种思路一直都需要同步。
		 *
		 */
		if (singleInstance == null) {
			synchronized (CLASS_LOCK) {
				if (singleInstance == null) {
					singleInstance = new LazySingleton();
					instanceCount++;
				}
			}
		}
		return singleInstance;
	}
}

　　

4.总结

两种单例模式各有其好处，各有其适用场景。饿汉模式，不管实际需不需要这个单例对象，它都会被创建在内存中，而且会放在静态区，而静态区的内存很难被垃圾回收器（GC）所回收，这样就容易造成内存浪费。如果需要这个实例，则可以直接到内存中取这个对象的引用，而不需要再去创建它了，因此就少去了再去创建对象的时间开销。

而懒汉模式，做到了“按需配置”，如果不需要这个单例对象，此对象便不会被创建实例化，内存中也就不会为此对象分配内存空间，这样就减少了没必要的内存消耗。但如果需要这个实例，java虚拟机再去主动实例化它，然后再返回实例化后的对象引用。在这里第一次getInstance()时获单例对象时，所花费的时间要比饿汉模式要多一些，因为多了一个实例化对象的操作。

简单来说，饿汉模式是“以空间换时间”，而懒汉模式是“以时间换空间”。