## 引入 在阎宏博士的《JAVA与模式》一书中开头是这样描述单例模式的： > 作为对象的创建模式，单例模式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。 单例模式确保某个类只有一个实例，而且自行实例化并向整个系统提供这个实例。在计算机系统中，线程池、缓存、日志对象、对话框、打印机、显卡的驱动程序对象常被设计成单例。这些应用都或多或少具有资源管理器的功能。每台计算机可以有若干个打印机，但只能有一个Printer Spooler，以避免两个打印作业同时输出到打印机中。每台计算机可以有若干通信端口，系统应当集中管理这些通信端口，以避免一个通信端口同时被两个请求同时调用。总之，选择单例模式就是为了避免不一致状态，避免政出多头。 ## 基本定义 所谓单例模式就是确保某一个类只有一个实例，并且提供一个全局访问点。通过单例模式可以保证系统中一个类中只有一个实例。 单例模式有以下特点： 　　1、单例类只能有一个实例。 　　2、单例类必须自己创建自己的唯一实例。 　　3、单例类必须给所有其他对象提供这一实例。 ## 模式结构  单例模式可以说是最简单的设计模式了，它仅有一个角色Singleton。 Singleton：单例。 ## 代码实现 #### 饿汉式单例类 ~~~ public class EagerSingleton { private static EagerSingleton instance = new EagerSingleton(); /** * 私有默认构造子 */ private EagerSingleton(){} /** * 静态工厂方法 */ public static EagerSingleton getInstance(){ return instance; } } ~~~ 上面的例子中，在这个类被加载时，静态变量instance会被初始化，此时类的私有构造子会被调用。这时候，单例类的唯一实例就被创建出来了。 　　饿汉式其实是一种比较形象的称谓。既然饿，那么在创建对象实例的时候就比较着急，饿了嘛，于是在装载类的时候就创建对象实例。 饿汉式是典型的空间换时间，当类装载的时候就会创建类的实例，不管你用不用，先创建出来，然后每次调用的时候，就不需要再判断，节省了运行时间。 #### 懒汉式单例类 ~~~ public class LazySingleton { private static LazySingleton instance = null; /** * 私有默认构造子 */ private LazySingleton(){} /** * 静态工厂方法 */ public static synchronized LazySingleton getInstance(){ if(instance == null){ instance = new LazySingleton(); } return instance; } } ~~~ 上面的懒汉式单例类实现里对静态工厂方法使用了同步化，以处理多线程环境。 　　懒汉式其实是一种比较形象的称谓。既然懒，那么在创建对象实例的时候就不着急。会一直等到马上要使用对象实例的时候才会创建，懒人嘛，总是推脱不开的时候才会真正去执行工作，因此在装载对象的时候不创建对象实例。 懒汉式是典型的时间换空间,就是每次获取实例都会进行判断，看是否需要创建实例，浪费判断的时间。当然，如果一直没有人使用的话，那就不会创建实例，则节约内存空间。 　　由于懒汉式的实现是线程安全的，这样会降低整个访问的速度，而且每次都要判断。那么有没有更好的方式实现呢？ #### 双重检查加锁 可以使用“双重检查加锁”的方式来实现，就可以既实现线程安全，又能够使性能不受很大的影响。 　　所谓“双重检查加锁”机制，指的是：并不是每次进入getInstance方法都需要同步，而是先不同步，进入方法后，先检查实例是否存在，如果不存在才进行下面的同步块，这是第一重检查，进入同步块过后，再次检查实例是否存在，如果不存在，就在同步的情况下创建一个实例，这是第二重检查。这样一来，就只需要同步一次了，从而减少了多次在同步情况下进行判断所浪费的时间。 　　“双重检查加锁”机制的实现会使用关键字volatile，它的意思是：被volatile修饰的变量的值，将不会被本地线程缓存，所有对该变量的读写都是直接操作共享内存，从而确保多个线程能正确的处理该变量。 ~~~ public class Singleton { private volatile static Singleton instance = null; private Singleton(){} public static Singleton getInstance(){ //先检查实例是否存在，如果不存在才进入下面的同步块 if(instance == null){ //同步块，线程安全的创建实例 synchronized (Singleton.class) { //再次检查实例是否存在，如果不存在才真正的创建实例 if(instance == null){ instance = new Singleton(); } } } return instance; } } ~~~ 这种实现方式既可以实现线程安全地创建实例，而又不会对性能造成太大的影响。它只是第一次创建实例的时候同步，以后就不需要同步了，从而加快了运行速度。 　　提示：由于volatile关键字可能会屏蔽掉虚拟机中一些必要的代码优化，所以运行效率并不是很高。因此一般建议，没有特别的需要，不要使用。也就是说，虽然可以使用“双重检查加锁”机制来实现线程安全的单例，但并不建议大量采用，可以根据情况来选用。 #### Lazy initialization holder class模式 这个模式综合使用了Java的类级内部类和多线程缺省同步锁的知识，很巧妙地同时实现了延迟加载和线程安全。 **类级内部类** 　　简单点说，类级内部类指的是，有static修饰的成员式内部类。如果没有static修饰的成员式内部类被称为对象级内部类。 　　类级内部类相当于其外部类的static成分，它的对象与外部类对象间不存在依赖关系，因此可直接创建。而对象级内部类的实例，是绑定在外部对象实例中的。 　　类级内部类中，可以定义静态的方法。在静态方法中只能够引用外部类中的静态成员方法或者成员变量。 　　类级内部类相当于其外部类的成员，只有在第一次被使用的时候才被会装载。 **多线程缺省同步锁** 　　在多线程开发中，为了解决并发问题，主要是通过使用synchronized来加互斥锁进行同步控制。但是在某些情况中，JVM已经隐含地为您执行了同步，这些情况下就不用自己再来进行同步控制了。这些情况包括： * 　　1.由静态初始化器（在静态字段上或static{}块中的初始化器）初始化数据时 * 　　2.访问final字段时 * 　　3.在创建线程之前创建对象时 * 　　4.线程可以看见它将要处理的对象时 **线程安全** 如果你的代码所在的进程中有多个线程在同时运行，而这些线程可能会同时运行这段代码。如果每次运行结果和单线程运行的结果是一样的，而且其他的变量的值也和预期的是一样的，就是线程安全的。 或者说：一个类或者程序所提供的接口对于线程来说是原子操作，或者多个线程之间的切换不会导致该接口的执行结果存在二义性,也就是说我们不用考虑同步的问题，那就是线程安全的。 **解决方案的思路** 　　要想很简单地实现线程安全，可以采用静态初始化器的方式，它可以由JVM来保证线程的安全性。比如前面的饿汉式实现方式。但是这样一来，不是会浪费一定的空间吗？因为这种实现方式，会在类装载的时候就初始化对象，不管你需不需要。 如果现在有一种方法能够让类装载的时候不去初始化对象，那不就解决问题了？一种可行的方式就是采用类级内部类，在这个类级内部类里面去创建对象实例。这样一来，只要不使用到这个类级内部类，那就不会创建对象实例，从而同时实现延迟加载和线程安全。 　　示例代码如下： ~~~ public class Singleton { private Singleton(){} /** * 类级的内部类，也就是静态的成员式内部类，该内部类的实例与外部类的实例 * 没有绑定关系，而且只有被调用到时才会装载，从而实现了延迟加载。 */ private static class SingletonHolder{ /** * 静态初始化器，由JVM来保证线程安全 */ private static Singleton instance = new Singleton(); } public static Singleton getInstance(){ return SingletonHolder.instance; } } ~~~ 当getInstance方法第一次被调用的时候，它第一次读取SingletonHolder.instance，导致SingletonHolder类得到初始化；而这个类在装载并被初始化的时候，会初始化它的静态域，从而创建Singleton的实例，由于是静态的域，因此只会在虚拟机装载类的时候初始化一次，并由虚拟机来保证它的线程安全性。 　　这个模式的优势在于，getInstance方法并没有被同步，并且只是执行一个域的访问，因此延迟初始化并没有增加任何访问成本。 #### 单例和枚举 按照《高效Java 第二版》中的说法：单元素的枚举类型已经成为实现Singleton的最佳方法。用枚举来实现单例非常简单，只需要编写一个包含单个元素的枚举类型即可。 使用枚举来实现单实例控制会更加简洁，而且无偿地提供了序列化机制，并由JVM从根本上提供保障，绝对防止多次实例化，是更简洁、高效、安全的实现单例的方式。 具体实现见附录。 ## 优点 * 一、节约了系统资源。由于系统中只存在一个实例对象，对与一些需要频繁创建和销毁对象的系统而言，单例模式无疑节约了系统资源和提高了系统的性能。 * 二、因为单例类封装了它的唯一实例，所以它可以严格控制客户怎样以及何时访问它。 ## 缺点 * 一、由于单例模式中没有抽象层，因此单例类的扩展有很大的困难。 * 二、单例类的职责过重，在一定程度上违背了“单一职责原则”。 ## 使用场景 下列几种情况可以使用单例模式。 * 一、系统只需要一个实例对象，如系统要求提供一个唯一的序列号生成器，或者需要考虑资源消耗太大而只允许创建一个对象。 * 二、客户调用类的单个实例只允许使用一个公共访问点，除了该公共访问点，不能通过其他途径访问该实例。 ## 总结 * 一、单例模式中确保程序中一个类最多只有一个实例。 * 二、单例模式的构造器是私有了，而且它必须要提供实例的全局访问点。 * 三、单例模式可能会因为多线程的问题而带来安全隐患。