设计模式之单例模式

定义

单例模式是确保一个类只有一个实例，而且自行实例化，同时它向整个系统提供这个实例。单例模式的通用代码如下所示：

public class Singleton {
    private static final Singleton INSTANCE = new Singleton();
    private Singleton() {
        // only allow one instance
    }
    public static Singleton getInstance() {
        return INSTANCE;
    }
    public static void doSomething() {
        // other methods should use the keyword "static" as far as possible.
    }
}

上述代码中，第5行的私有构造方法，保证了该类只会产生一个实例。在单例模式类中，如果还需要其它方法，请务必使用static关键字。

优缺点

优点

减少系统开销。由于单例模式在内存中只有一个实例，减少了内存开支，特别是一个对象需要频繁地创建、销毁时，而且创建或销毁时性能又无法优化，单例模式的优势就非常明显。
避免对资源的多重占用。例如一个写文件动作，由于只有一个实例存在内存中，避免对同一个资源文件的同时写操作。
可以在系统设置全局的访问点，优化和共享资源访问。例如可以设计一个单例类，负责所有数据表的映射处理。

缺点

单例模式一般没有接口，扩展很困难。
与单一职责原则有冲突。

分类

主要：饿汉式、懒汉式
其它：静态内部类式、双重检测锁式、枚举单例式

饿汉式
饿汉式，顾名思义，这个“汉子”很饿，需要立即吃“食物”。这里的“汉子”指的就是类，“食物”就是实例化的对象。因此，饿汉式要表达的意思如下：当类一加载的时候，就通过new关键字直接初始化一个实例。很显然，定义中的代码块使用的就是饿汉式。

懒汉式
因为比较“懒”，所以它在一开始的时候并不初始化实例。什么时候用，什么时候再进行初始化。通用代码如下所示：

public class Singleton {
    private static Singleton INSTANCE = null; // the instance is null.
    private Singleton() {
        // only allow one instance
    }
    public static synchronized  Singleton getInstance() {
        if (INSTANCE == null) { // the first time
            INSTANCE = new Singleton();
        }
        return INSTANCE; // others
    }
    public static void doSomething() {
        // other methods should use the keyword "static" as far as possible.
    }
}

注意：
在高并发的情况下，懒汉式就会出现问题：可能会在内存中出现多个实例。例如，现有线程A、B，线程A执行到第11行，即singleton = new Singleton();，但还没有获取对象（对象初始化也是需要时间的）；与此同时，线程B执行到了第10行，即if (singleton == null)，那么线程B获得判断条件也为真，于是继续运行下去。结果，线程A获得了一个对象，线程B也获得了一个对象，在内存中就出现了两个对象。
解决方法也很简单，不过这样会造成调用效率不高。可以在getInstance方法前加关键字synchronized，也可以在getInstance方法内增加synchronized。

静态内部类式
其实，只要实现了延迟加载对象，那么也就解决了线程安全的问题。而静态内部类就可以实现延迟加载。

public class Singleton {
    private static Singleton INSTANCE = null; // the instance is null.
    private Singleton() {
        // only allow one instance
    }
    private static class SingletonHolder {
        // init the instance, read only.
        private static final Singleton INSTANCE = new Singleton();
    }
    public static Singleton getInstance() {
        return SingletonHolder.INSTANCE;
    }
    public static void doSomething() {
        // other methods should use the keyword "static" as far as possible.
    }
}

由于静态内部类并没有在一开始就初始化对象实例，从这个角度讲，它是属于懒汉式的。

双重检测锁式
单例模式，其最主要的目的就是生成一个独一无二，不可修改（特殊情况除外）的实例。所以对于多线程安全的问题，只要将new关键字控制好即可。这让我联想到了数据库中的事务操作。双重检测锁，顾名思义就是进行两次判断，代码如下：

public class Singleton {
    private static Singleton INSTANCE = null; // the instance is null.
    private Singleton() {
        // only allow one instance
    }
    public static Singleton getInstance() {
        if (INSTANCE == null) { // the first check: before 'synchronized'
            synchronized (Singleton.class) {
                if (INSTANCE == null) { // the second check: after 'synchronized'
                    INSTANCE = new Singleton();
                }
            }
        }
    }
    public static void doSomething() {
        // other methods should use the keyword "static" as far as possible.
    }
}

对于双重检测锁式，网上有一些研究的比较深的文章，供大家参考。列举如下：

枚举单例式
有关枚举详细的介绍，看官可移步Java中的枚举类型，这里我们只讨论单例模式中的枚举，毕竟这属于”单一职责”么。直接上代码：

/**
 * the define of the enum.
 */
public enum Singleton {
    INSTANCE; // an element of enum
    public void doSomething() {
        // other methods should use the keyword "static" as far as possible.
    }
}

具体使用方法如下所示：

1	Singleton singleton = Singleton.INSTANCE;

关于使用枚举的诸多好处，《Effective Java》是这样说的：

这种方法（枚举方法）在功能上与公有域方法相近，但它更加简洁，无偿地提供了序列化机制，绝对防止多次实例化，即使是在面对复杂地序列化或者反射攻击地时候。虽然这种方法还没有广泛采用，但是单元素的枚举类型已经成为实现Singleton的最佳方法。

自己阅历还很浅，所以对于序列化机制、反射攻击等高级java机制并没有很深入的理解。所以我列出了一些网上的资料，方便各位看官查阅。

总结

“枚举单例式”是实现单例的最佳方法，不过用的人不多；
推荐使用“饿汉式”及“静态内部类式”；
不推荐使用“双重检测锁式”；
极力不推荐使用“懒汉式”。
对于单利模式的理解，我还是一个小小的小学生。包括双重锁检测及多线程等等，我都还只是处于一个比较基础的理解层面上。这些还都需要我去努力探索，寻求真相。以上就是我对于单例模式的一些简单的理解，希望能帮到各位。

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优缺点

分类

总结

参考文档