Java知识点之单例模式

1、单例模式（Binary Search）

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。

2、单例模式的特点

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。
4、单例模式保证了全局对象的唯一性，比如系统启动读取配置文件就需要单例保证配置的一致性。

3、单例的四大原则

1、构造私有。
2、以静态方法或者枚举返回实例。
3、确保实例只有一个，尤其是多线程环境。
4、确保反序列化时不会重新构建对象。

4、实现单例模式的方式

（1）饿汉式（立即加载）：
饿汉式单例在类加载初始化时就创建好一个静态的对象供外部使用，除非系统重启，这个对象不会改变，所以本身就是线程安全的。
Singleton通过将构造方法限定为private避免了类在外部被实例化，在同一个虚拟机范围内，Singleton的唯一实例只能通过getInstance()方法访问。（事实上，通过Java反射机制是能够实例化构造方法为private的类的，会使Java单例实现失效）

1.	/** 
2.	 * 饿汉式（立即加载） 
3.	 */  
4.	public class Singleton1 {  
5.	    /** 
6.	     * 私有构造 
7.	     */  
8.	    private Singleton1() {  
9.	        System.out.println("构造函数Singleton1");  
10.	    }  
11.	    /** 
12.	     * 初始值为实例对象 
13.	     */  
14.	    private static Singleton1 single = new Singleton1();  
15.	    /** 
16.	     * 静态工厂方法 
17.	     * @return 单例对象 
18.	     */  
19.	    public static Singleton1 getInstance() {  
20.	        System.out.println("getInstance");  
21.	        return single;  
22.	    }  
23.	    public static void main(String[] args){  
24.	        System.out.println("初始化");  
25.	        Singleton1 instance = Singleton1.getInstance();  
26.	    }  
27.	}  

（2）懒汉式（延迟加载）：
该示例虽然用延迟加载方式实现了懒汉式单例，但在多线程环境下会产生多个Singleton对象

1.	/** 
2.	 * 懒汉式（延迟加载） 
3.	 */  
4.	public class Singleton2 {   
5.	    /** 
6.	     * 私有构造 
7.	     */  
8.	    private Singleton2() {  
9.	        System.out.println("构造函数Singleton2");  
10.	    }  
11.	    /** 
12.	     * 初始值为null 
13.	     */  
14.	    private static Singleton2 single = null;  
15.	    /** 
16.	     * 静态工厂方法 
17.	     * @return 单例对象 
18.	     */  
19.	    public static Singleton2 getInstance() {  
20.	        if(single == null){  
21.	            System.out.println("getInstance");  
22.	            single = new Singleton2();  
23.	        }  
24.	        return single;  
25.	    }  
26.	    public static void main(String[] args){  
27.	  
28.	        System.out.println("初始化");  
29.	        Singleton2 instance = Singleton2.getInstance();  
30.	    }  
31.	}  

（3）同步锁（解决线程安全问题）：
在方法上加synchronized同步锁或是用同步代码块对类加同步锁，此种方式虽然解决了多个实例对象问题，但是该方式运行效率却很低下，下一个线程想要获取对象，就必须等待上一个线程释放锁之后，才可以继续运行。

1.	/** * 同步锁（解决线程安全问题） 
2.	 */  
3.	public class Singleton3 {  
4.	  
5.	    /** 
6.	     * 私有构造 
7.	     */  
8.	    private Singleton3() {}  
9.	    /** 
10.	 * 初始值为null 
11.	*/  
12.	private static Singleton3 single = null;  
13.	public static Singleton3 getInstance() {  
14.	 // 等同于 synchronized public static Singleton3 getInstance()  
15.	        synchronized(Singleton3.class){  
16.	            // 注意：里面的判断是一定要加的，否则出现线程安全问题  
17.	            if(single == null){  
18.	                single = new Singleton3();  
19.	            }  
20.	        }  
21.	        return single;  
22.	    }  
23.	}  

（4）双重检查锁（提高同步锁的效率）：
使用双重检查锁进一步做了优化，可以避免整个方法被锁，只对需要锁的代码部分加锁，可以提高执行效率。

1.	/** 
2.	* 双重检查锁（提高同步锁的效率） 
3.	 */  
4.	public class Singleton4 {  
5.	    /** 
6.	     * 私有构造 
7.	     */  
8.	    private Singleton4() {}  
9.	    		/** 
10.	     * 初始值为null 
11.	     */  
12.	    private static Singleton4 single = null;  
13.	    /** 
14.	     * 双重检查锁 
15.	     * @return 单例对象 
16.	     */  
17.	    public static Singleton4 getInstance() {  
18.	        if (single == null) {  
19.	            synchronized (Singleton4.class) {  
20.	                if (single == null) {  
21.	                    single = new Singleton4();  
22.	                }  
23.	            }  
24.	        }  
25.	        return single;  
26.	    }  
27.	} 

（5） 静态内部类：
这种方式引入了一个内部静态类（static class），静态内部类只有在调用时才会加载，它保证了Singleton实例的延迟初始化，又保证了实例的唯一性。它把singleton的实例化操作放到一个静态内部类中，在第一次调用getInstance()方法时，JVM才会去加载InnerObject类，同时初始化singleton实例，所以能让getInstance() 方法线程安全。
特点是：即能延迟加载，也能保证线程安全。
静态内部类虽然保证了单例在多线程并发下的线程安全性，但是在遇到序列化对象时，默认的方式运行得到的结果就是多例的。

1.	/** 
2.	 * 
3.	 * 静态内部类（延迟加载，线程安全） 
4.	 */  
5.	public class Singleton5 {  
6.	    /** 
7.	     * 私有构造 
8.	     */  
9.	    private Singleton5() {}  
10.	    /** 
11.	     * 静态内部类 
12.	     */  
13.	    private static class InnerObject{  
14.	        private static Singleton5 single = new Singleton5();  
15.	    }  
16.	    public static Singleton5 getInstance() {  
17.	        return InnerObject.single;  
18.	    }  
19.	}  

（6）内部枚举类实现（防止反射攻击）：
事实上，通过Java反射机制是能够实例化构造方法为private的类的。这也就是我们现在需要引入的枚举单例模式。

1.	public class SingletonFactory {  
2.	    /** 
3.	     * 内部枚举类 
4.	     */  
5.	    private enum EnumSingleton{  
6.	        Singleton;  
7.	        private Singleton6 singleton;  
8.	        //枚举类的构造方法在类加载是被实例化  
9.	        private EnumSingleton(){  
10.	            singleton = new Singleton6();  
11.	        }  
12.	        public Singleton6 getInstance(){  
13.	            return singleton;  
14.	        }  
15.	    }  
16.	    public static Singleton6 getInstance() {  
17.	        return EnumSingleton.Singleton.getInstance();  
18.	    }  
19.	}  
20.	class Singleton6 {  
21.	    public Singleton6(){}  
22.	}