设计模式笔记（一):Singleton 设计模式

今天开始学习设计模式，借此机会学习并整理学习笔记。

设计模式是一门不区分语言的课程，什么样的编程语言都可以用到设计模式。如果说java语法规则比作武功招式的话，那么设计模式就是心法。

设计模式共有23种，常见的19种，最常用的9-10种。

设计模式分三种类型：创建型、结构型、行为型；

其中创建型包含单例设计模式、工厂模式、抽象工厂模式、原型模式、建造者模式；结构型包含代理模式、装饰器模式、适配器模式、外观模式、组合模式、享元模式、桥梁模式；行为型包含：策略模式、责任链模式、命令模式、中介者模式、模板方法模式、迭代器模式、访问者模式、观察者模式、解释器模式、备忘录模式、状态模式。

好了，凑字完毕，开始今天的学习整理

Singleton设计模式，就是单例设计模式。

单例设计模式有句顺口溜:单例一实例，私有构造器

单例设计模式分为饿汉式和懒汉式。

饿汉式是用户没有请求你的要求时，已经把这个实例提前创建出来了；

懒汉式则是需只有外部需要调用getInstance的时候，才回去初始化这个单例。

这样就有一个区别：

饿汉式：用空间换时间

懒汉式：用时间换空间

下面是具体代码实现：

singleton 单例设计模式
 1：饿汉式
饿汉式优缺点：
优点： 实现简单，没有多线程同步问题（默认条件下是线程安全的）
缺点：当类加载SingletonTest的时候，会初始化static的instance,静态变量被创建并分配内存空间，从此，这个static的instance对象便一直占着此段内存（即使你并没有使用该实例，当类被卸载时，静态变量被摧毁，并释放所占有的内存，因此在某些特定条件下会耗费内存。
简单来说 用空间换时间

为什么在饿汉式中不讨论线程安全问题：
 因为类里面的静态实例都是由类加载器来负责初始化的，类加载器classLoader在出现类名的时候就会开始工作，把类的静态实例全部初始化，而且只初始化一次，所以一定是安全的，

public class Singleton {
    //静态一实例  将自身实例化对象设置为一个属性，并用static final修饰
    private static Singleton instance  = new Singleton();

//私有构造器
    private Singleton() {
        
    }
    
    //外部通过静态方法返回该实例
    public static Singleton getInstance() {
        return instance;
    }     
}

2:懒汉式
懒汉式优缺点：
优点：实现起来比较简单，当类SingletonTest被加载的时候，静态变量static的instance未被创建并分配内存空间，当getInstance（）方法第一次调用的时，初始化instance变量，并分配内存空间。在某些条件下这种方式会节省内存。

缺点：在多线程环境中这种方法是完全错误的，根本不能保证单例的状态 需要添加synchronized（锁）

public class Singleton2 {
    //对象赋予null值 或者 不赋值  
    private static Singleton2 instance2;

//私有构造器
    prviate Singleton2() {
        
    }
    
    //外部获取实例对象  此时为了线程安全 需要使用synchronized（锁）
    public static synchronized Singleton2 getInstance2() {
        if(instance2 == null) {
            instance2 = new Singleton2();
        }
        return instance2;
    }       
}

3：如何兼顾饿汉式与懒汉式的优点：
 第一种：使用静态内部类的方法

优点：外部类加载时不予要立即加载内部类，内部类不被加载就不会初始化instance 故而占用内存。当Singleton 第一次加载时，并不需要去加载Singleton3handler只有当getInstance()方法第一次被 调用时，才会去初始化Instance，第一次调用getInstance()方法会导致虚拟机加载在SingletonHangdler类，这种方法不仅能确保线程安全，也能保证单例的唯一性，同时也延迟单例的实例化，

public class Singleton3 {
        //构建静态内部类
        private static class Singleton3Handler{
            private static Singleton3 instance3 = new Singleton3();
        }
        //私有构造器
        private  Singleton3() {
            
        }
        //外部获取对象
        public static Singleton3 getInstance() {
            return Singleton3.Singleton3Handler.instance3;
        }
}

第二种：使用枚举方式  
优点： 线程是安全的

public enum Singleton4{
        INSTANCE;
        public void method() {
            //TODO
        }
    }
 在任何情况下，它都是一个单例 我们可以直接 Singleton4.INSTANCE 引用

第三种：使用DCL模式     需要使用Volatile 关键字
双重锁懒汉式( Double Check Lock  简称 DCL )
优点:只有对象需要被使用的时候才创建，第一次判断instance21 == null 为了避免非必要枷锁，当第一次加载时才对实例进行枷锁在实例化。这样就可以节约内存空间，有可以保证线程安全。

缺点：但是，由于jvm存在乱序执行功能，DCL也会出现线程不安全的情况。

比如：  
      instance21  = new Singleton2;
      这个步骤，其实在jvm里面的执行分为三步：
      1：在堆内开辟内存空间
      2；在堆内存中实例化Singleton2里面的各个参数
      3:  把对象指向堆内存
      但是这个缺点在jdk1.6以后 只需要定义 为： private volatile  static Singleton5 instance5 = null;  就可以
      解决此问题  。  volatile确保instance每次在均在主内存中读取，这样虽然会牺牲一点效率。

public class Singleton5{
    // 对象一实例
    private volatile static Singleton5 instance5;
    //私有构造器
    private Singleton5() {
        
    }
    //DCL懒汉式
    public static Singleton5 getInstance() {
        if(instance5==null) {
            synchronized(Singleton5.class){
                if(instance5 == null) {
                    instance5 = new Singleton5();
                }
            }
        }
        return instance5;
    }
}

需要注意的是：

　　需要延迟加载的情况下使用第一、第二种；

　　需要防止序列化问题、反射攻击使用第三种。

才疏学浅，如有错误，恳请指教！

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