设计模式-单例模式

序言

无论是面试以及日常都是我们最常用的模式之一，就是单例模式，也应该是所有设计模式中最简单最好理解的模式，这种模式属于创造性模式，并且提供了创造对象最佳的一种方式，这种模式设计单一模式。这个类提供了一种访问其唯一的对象的方式，可以直接访问，并且不需要实例化该类的对象。该文章会解决如下问题：

为什么要用单例模式？
单例模式如何用？有什么注意的？
单例模式需要注意的问题

为什么要用单例模式？

首先解决什么是单例模式：保证一个类仅有一个实例，并提供一个访问它的全局访问点。那有什么优点呢：如果这个类属于全局使用，就不需要频繁的创建或者销毁，那么单例模式的优势就出来了，突出全局可以使用，并且全局可以调取，全局也只有一个实例，并不需要维护多个实例问题。

在内存里只有一个实例，减少了内存的开销，尤其是频繁的创建和销毁实例（比如一个全局的工具类）。
避免对资源的多重占用（比如写文件操作）。

缺点也是同样明显：没有接口，不能继承，与单一职责原则冲突，一个类应该只关心内部逻辑，而不关心外面怎么样来实例化。

单例模式如何使用？有什么注意的？

这边就是如何实现问题，单例模式有7中实现方法，以下会把所有的实现方法写出来，并对比优缺点，有一句话没有最好的只有最合适的，根据不同的场景用不同的方法来写，才是 Top Coder

懒汉式

public class Singleton {  
    //在 Singleton 生成一个 instance
    private static Singleton instance;  
    //无参构造
    private Singleton (){}  
  
    //提供获取 Singleton 实例的方法，如果没有则创建一个
    public static Singleton getInstance() {  
    if (instance == null) {  
        instance = new Singleton();  
    }  
    return instance;  
    }  
}

分析一下代码，创建的原理很简单，创建一个静态实例，当其他类会调用 getInstance() 方法的时候判断当前是否有这个实例，没有则创建，然后返回实例，这种 Lazy 初始化，问题很明显，若是多线程调用则会出现线程不安全。 2. 饱汉式

public class Singleton {  
   //在 Singleton 生成一个 instance
    private static Singleton instance;  
    //无参构造
    private Singleton (){}  

   //提供获取 Singleton 实例的方法，如果没有则创建一个,但是与饿汉不同，加入了线程锁
    public static synchronized Singleton getInstance() {  
    if (instance == null) {  
        instance = new Singleton();  
    }  
    return instance;  
    }  
}

这种方式具备很好的 lazy loading，能够在多线程中很好的工作，但是，效率很低，99% 情况下不需要同步。第一次调用才初始化，避免内存浪费。必须加锁 synchronized 才能保证单例，但加锁会影响效率。getInstance() 的性能对应用程序不是很关键（该方法使用不太频繁） 3. 饿汉式

public class Singleton {  
    private static Singleton instance = new Singleton();  
    private Singleton (){}  
    public static Singleton getInstance() {  
    return instance;  
    }  
}

分析一下源码，这是比较常用的一种创建方式，但是比较容易出现浪费内存，因为不存在 lazy loading 的方式，它基于 classloader 机制避免了多线程的同步问题，不过，instance 在类装载时就实例化，虽然导致类装载的原因有很多种，在单例模式中大多数都是调用 getInstance 方法，但是也不能确定有其他的方式（或者其他的静态方法）导致类装载。

双检锁/双重校验锁（DCL，即 double-checked locking）

public class Singleton {  
    private volatile static Singleton singleton;  
    private Singleton (){}  
    public static Singleton getSingleton() {  
    if (singleton == null) {  
        synchronized (Singleton.class) {  
        if (singleton == null) {  
            singleton = new Singleton();  
        }  
        }  
    }  
    return singleton;  
    }  
}

可以看到，源码中加了双锁，以避免多线程效率低的问题，用于 getInstance() 的性能对应用程序很关键。有 lazyloading 模式，但是实现起来会比较麻烦 5. 登记式/静态内部类

public class Singleton {  
    private static class SingletonHolder {  
        private static final Singleton INSTANCE = new Singleton();  
    }  
    private Singleton (){}  
    public static final Singleton getInstance() {  
        return SingletonHolder.INSTANCE;  
    }  
}

这种方式能达到双检锁方式一样的功效，但实现更简单。对静态域使用延迟初始化，应使用这种方式而不是双检锁方式。这种方式只适用于静态域的情况，双检锁方式可在实例域需要延迟初始化时使用。这种方式同样利用了 classloader 机制来保证初始化 instance 时只有一个线程，它跟第 3 种方式不同的是：第 3 种方式只要 Singleton 类被装载了，那么 instance 就会被实例化（没有达到 lazy loading 效果），而这种方式是 Singleton 类被装载了，instance 不一定被初始化。因为 SingletonHolder 类没有被主动使用，只有通过显式调用 getInstance 方法时，才会显式装载 SingletonHolder 类，从而实例化 instance。想象一下，如果实例化 instance 很消耗资源，所以想让它延迟加载，另外一方面，又不希望在 Singleton 类加载时就实例化，因为不能确保 Singleton 类还可能在其他的地方被主动使用从而被加载，那么这个时候实例化 instance 显然是不合适的。这个时候，这种方式相比第 3 种方式就显得很合理。

枚举

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

这种实现方式还没有被广泛采用，但这是实现单例模式的最佳方法。它更简洁，自动支持序列化机制，绝对防止多次实例化。这种方式是 Effective Java 作者 Josh Bloch 提倡的方式，它不仅能避免多线程同步问题，而且还自动支持序列化机制，防止反序列化重新创建新的对象，绝对防止多次实例化。不过，由于 JDK1.5 之后才加入 enum 特性，用这种方式写不免让人感觉生疏，在实际工作中，也很少用。不能通过 reflection attack 来调用私有构造方法。

使用容器实现单例模式

public class SingletonManager { 
&emsp;&emsp;private static Map<String, Object> objMap = new HashMap<String,Object>();
&emsp;&emsp;private Singleton() { 
&emsp;&emsp;}
&emsp;&emsp;public static void registerService(String key, Objectinstance) {
&emsp;&emsp;&emsp;&emsp;if (!objMap.containsKey(key) ) {
&emsp;&emsp;&emsp;&emsp;&emsp;&emsp;objMap.put(key, instance) ;
&emsp;&emsp;&emsp;&emsp;}
&emsp;&emsp;}
&emsp;&emsp;public static ObjectgetService(String key) {
&emsp;&emsp;&emsp;&emsp;return objMap.get(key) ;
&emsp;&emsp;}
}

用SingletonManager 将多种的单例类统一管理，在使用时根据key获取对象对应类型的对象。这种方式使得我们可以管理多种类型的单例，并且在使用时可以通过统一的接口进行获取操作，降低了用户的使用成本，也对用户隐藏了具体实现，降低了耦合度。

单例模式需要注意的问题

有这么多种模式，我在工作中用的最多的是第六种，虽然用的人不是很多，但是确实会比较好用，也解决很多问题，可以尝试使用一下，当然DCL 的模式也很不错，一般面试会考懒汉式和饱汉式，建议根据掌握，如果能掌握枚举也是很加分的！