Java设计模式之一 ----- 单例模式

什么是单例模式

保证一个系统中的某个类只有一个实例而且该实例易于外界访问。例如Windows界面的任务管理器就可以看做是一个单例。

单例模式的使用场景

• 需要频繁的进行创建和销毁的对象；
• 创建对象时耗时过多或耗费资源过多，但又经常用到的对象；
• 工具类对象；
• 频繁访问数据库或文件的对象。

在程序中比较常用的是数据库连接池、线程池、日志对象等等。

单例模式使用

最早我们在学习单例模式的时候，基本都会接触这两种模式：饿汉式和懒汉式(饱汉式)。
     那我们先来看看这两个模式的实现。

饿汉式
     定义一个私有的构造方法，并将自身的实例对象设置为一个私有属性,并加上static和final修饰符，然后通过公共的静态方法调用返回实例。

 class SingletonTest1 {  

    private SingletonTest1() {
    }
    private static final SingletonTest1 instance = new SingletonTest1();  

    public static SingletonTest1 getInstance() {
        return instance;
    }
}

懒汉式
   定义一个私有的构造方法，定义一个该类静态私有的变量，然后定义一个公共的静态方法，对该类的值进行空判断，不为空直接返回，否则重新构建一个。

class SingletonTest2 {

     private SingletonTest2() {
     }   

     private static SingletonTest2 instance;   

     public static SingletonTest2 getInstance() {
         if (instance == null) {
            instance = new SingletonTest2();
        }
         return instance;
     }
 }  

简单的介绍了这两种的模式，然后我们再来看看这两种模式的优缺点吧。
饿汉式

• 优点：写起来很简单，并且不会因为不加synchronized关键字而造成的线程不安全问题。
• 缺点：当该类被加载的时候，会初始化该实例和静态变量并被创建并分配内存空间，并且会一直占用内存。

懒汉式

• 优点：写起来很简单，在第一次调用的时候才会初始化，节省了内存。
• 缺点：线程不安全，多个线程调用可能会出现多个实例。
• 总结：书写简单，线程不安全，效率还行。

虽然 懒汉式可以通过加上synchronized关键字保证线程安全。但是效率方法来说还不说是最优。

这里在介绍下个人认为在JDK1.5之前最优的两种写法，一种是静态内部类，另一种是双重锁检查。

静态内部类
定义一个私有的构造方法，定义一个该类私有静态的内部类，然后在内部类中定义一个该类的静态变量，然后通过公共的final修饰的静态方法调用返回实例。

  class  SingletonTest4 {
      private SingletonTest4(){
        }
       private static class SingletonTest5{
           private static SingletonTest4 instance = new SingletonTest4();
        }
        public static final SingletonTest4 getInstance(){
            return SingletonTest5.instance;
        }
   }

因为该类的内部类是私有的，除了对外公布的公共静态方法getInstance()，是无法访问的。因为它是延迟加载，所以读取读取实例的时候不会进行同步，几乎没有性能的缺陷，而且还是线程安全的，并且不依赖JDK的版本。

双重锁检查
定义一个私有构造方法，通过volatile定义静态私有变量，保证了该变量的可见性，然后定义一个共有的静态方法，第一次对该对象实例化时与否判断，不为空直接返回，提升效率；然后使用synchronized 进行同步代码块，防止对象未初始化时，在多线程访问该对象在第一次创建后，再次重复的被创建；然后第二次对该对象实例化时与否判断，如果未初始化，则初始化，否则直接返回该实例。

  class SingletonTest6 {
        private SingletonTest6() {
        }
        private static volatile SingletonTest6 instance;
        public static SingletonTest6 getIstance() {
            if (instance == null) {
                synchronized (SingletonTest6.class) {
                    if (instance == null) {
                        instance = new SingletonTest6();
                    }
                }
            }
            return instance;
        }
    }  

这种模式在很长的一段时间内可以说是最优的了，内存占用低，效率高，线程安全，多线程操作原子性。但是有个缺点就是书写麻烦，对新手不太友好。

JDK1.5之后出现了枚举，并且完美支持单例模式，并且线程安全、效率高！但是这些不是最重要的，最重要的是书写超级简单！究竟有多简单，看下面的示例应该就可以了解一下了。。。

枚举单例

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

    }
}

对的，你没看错，就这点代码，其它不需要了。。。
枚举需要在JDK1.5之后的版本，它无偿提供序列化机制，绝对防止多次实例化，即使在面对复杂的序列化或者反射攻击的时候。这种方法也被Effective Java作者Josh Bloch 所提倡。

总结

单例模式的几种使用就到这了，那么我们来总结下使用单例模式需要注意什么(不包括枚举)。

1. 构造方法私有化（private）;
2. 定义一个私有(private)静态(static)实例化对象;
3. 对外提供一个公共(public)静态(static)的方法得到该实例;

优点

系统内存中该类只存在一个对象，节省了系统资源，对于一些需要频繁创建销毁的对象，使用单例模式可以提高系统性能。

缺点

当想实例化一个单例类的时候，必须要记住使用相应的获取对象的方法，而不是使用new，可能会给其他开发人员造成困扰，特别是看不到源码的时候。

      接下来下一篇将会讲解工厂模式,有不好的地方请留言评论,相互学习,谢谢!