2、设计模式之单例模式详解（Singleton）

单例模式详解

一、什么是单例模式
单例模式是Java中最简单的设计模式之一。这种类型的设计模式属于创建者模式，它提供了一种访问对象的最佳方式。

    这种设计模式涉及到一个单一的类，该类负责创建自己的对象，同时确保只有单个对象被创建。这个类提供了一种访问其唯一对象的方式，可以直接访问，不需要实例化该类的对象。

二、单例模式的结构
单例类：只能创建一个实例的类

访问类：使用单例类的类

三、单例模式分类
饿汉式：类加载就会导致该单实例对象被创建

懒汉式：类加载不会导致该单实例对象被创建，而是首次使用该对象时被创建

四、单例模式优缺点
优点： 1、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（比如管理学院首页页面缓存）。

2、避免对资源的多重占用（比如写文件操作）。

缺点：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。

主要解决：一个全局使用的类频繁地创建与销毁。

何时使用：当您想控制实例数目，节省系统资源的时候。

如何解决：判断系统是否已经有这个单例，如果有则返回，如果没有则创建。

关键代码：构造函数是私有的。

注意：

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。

五、创建单例模式
饿汉式
存在问题：

类加载时对象就被创建，一直在内存中，如果一直不适用，该对象仍在，会存在内存浪费问题

1. 静态成员变量方式

public class HungryChinese {//私有构造方法private HungryChinese(){}//在该类中创建一个该类的对象供外界去使用private static HungryChinese hungryChinese = new HungryChinese();//提供一个公共的访问方式，让外界获取hungryChinese对象public static HungryChinese getInstance(){return hungryChinese;}
}
class HungryChineseTest{public static void main(String[] args) {//获取单例类的对象，因为对象私有，只能通过方法去获取HungryChinese instance = HungryChinese.getInstance();HungryChinese instance1 = HungryChinese.getInstance();//判断是否为同一个对象System.out.println(instance.equals(instance1));}
}

2.静态代码块方式

public class HungryChinese2 {//私有构造方法，为了不让外界创建该类的对象private HungryChinese2(){}//声明该类类型的变量private static HungryChinese2 hungryChinese2;//初始值为null//静态代码块中赋值static {hungryChinese2 = new HungryChinese2();}//对外提供的访问方式public static HungryChinese2 getInstance(){return hungryChinese2;}
}
class HungryChinese2Test{public static void main(String[] args) {HungryChinese2 instance = HungryChinese2.getInstance();HungryChinese2 instance1 = HungryChinese2.getInstance();System.out.println(instance.equals(instance1));}
}

懒汉式
1.线程不安全

public class LazyMan {//私有构造方法，为了不让外界创建该类的对象private LazyMan(){}//声明LazyMan类型的变量private static LazyMan instance;//只是声明了该类的对象，没有赋初始值//对外提供访问方式public static LazyMan getInstance(){//判断instance是否为null,如果为null,说明还没有创建LazyMan类的对象//如果没有，创建一个并返回；如果有，直接返回//线程不安全，多线程下会创建多个对象if (instance == null){instance = new LazyMan();}return instance;}
}
class LazyManTest{public static void main(String[] args) {LazyMan instance = LazyMan.getInstance();LazyMan instance1 = LazyMan.getInstance();System.out.println(instance.equals(instance1));}
}

2.线程安全（优化）

加上synchronized

同步方法

public class LazyMan2 {//私有构造方法，为了不让外界创建该类的对象private LazyMan2(){}//声明LazyMan类型的变量private static LazyMan2 instance;//只是声明了该类的对象，没有赋初始值//对外提供访问方式public static LazyMan2 getInstance(){//判断instance是否为null,如果为null,说明还没有创建LazyMan类的对象//如果没有，创建一个并返回；如果有，直接返回if (instance == null){//线程1等待，线程2获取到cpu执行权，也会进入到该判断里instance = new LazyMan2();}return instance;}
}
class LazyMan2Test{public static synchronized void main(String[] args) {LazyMan2 instance = LazyMan2.getInstance();LazyMan2 instance1 = LazyMan2.getInstance();System.out.println(instance.equals(instance1));}
}

优缺点说明：

1. 解决了线程不安全问题
2. 效率太低了，每个线程在想获得类的实例时候，执行getInstance()方法都要进行
   同步。而其实这个方法只执行一次实例化代码就够了，后面的想获得该类实例，
   直接return就行了。方法进行同步效率太低
3. 结论：在实际开发中，不推荐使用这种方式

同步代码块

public class LazyMan2 {//私有构造方法，为了不让外界创建该类的对象private LazyMan2(){}//声明LazyMan类型的变量private static LazyMan2 instance;//只是声明了该类的对象，没有赋初始值//对外提供访问方式public static LazyMan2 getInstance(){//判断instance是否为null,如果为null,说明还没有创建LazyMan类的对象//如果没有，创建一个并返回；如果有，直接返回if (instance == null){synchronized (LazyMan2.class){instance = new LazyMan2();}}return instance;}
}
class LazyMan2Test{public static void main(String[] args) {LazyMan2 instance = LazyMan2.getInstance();LazyMan2 instance1 = LazyMan2.getInstance();System.out.println(instance.equals(instance1));}
}

优缺点说明：

1. 这种方式，本意是想对第四种实现方式的改进，因为前面同步方法效率太低，
   改为同步产生实例化的的代码块
2. 但是这种同步并不能起到线程同步的作用。跟第3种实现方式遇到的情形一
   致，假如一个线程进入了if (singleton == null)判断语句块，还未来得及往下执行，
   另一个线程也通过了这个判断语句，这时便会产生多个实例
3. 结论：在实际开发中，不能使用这种方式

3.双重检查锁模式
双重检查锁模式解决了单例、性能、线程安全问题，看似完美无缺，其实存在问题，在多线程情况下，可能会出现空指针问题问题在于JVM在实例化对象时会进行优化和指令重排序操作。解决空指针问题只需使用volatile关键字，volatile可以保证可见性和有序性。

public class LazyMan3 {private LazyMan3(){}private static volatile LazyMan3 instance;public static LazyMan3 getInstance(){//第一次判断,如果instance不为null,不需要抢占锁，直接返回对象if (instance == null){synchronized (LazyMan3.class){//第二次判断if (instance == null){instance = new LazyMan3();}}}return instance;}
}
class LazyMan3Test{public static void main(String[] args) {LazyMan3 instance = LazyMan3.getInstance();LazyMan3 instance1 = LazyMan3.getInstance();System.out.println(instance == instance1);}
}

优缺点说明：

1. Double-Check概念是多线程开发中常使用到的，如代码中所示，我们进行了两
   次if (singleton == null)检查，这样就可以保证线程安全了。
2. 这样，实例化代码只用执行一次，后面再次访问时，判断if (singleton == null)，
   直接return实例化对象，也避免的反复进行方法同步.
3. 线程安全；延迟加载；效率较高
4. 结论：在实际开发中，推荐使用这种单例设计模式

4. 静态内部类方式
   静态内部类模式中实例由内部类创建，由于JVM在加载外部类的过程中，是不会加载静态内部类的，只有内部类的方法/属性被调用时才会被加载，并初始化静态属性，静态属性由于被static修饰，保证只能被初始化一次，并且严格保证实例化顺序。
   静态内部类模式是一种优秀的单例模式。在没有任何锁的情况下，保证了多线程下的安全，并且没有任何性能影响和空间浪费。

public class LazyMan4 {private LazyMan4(){}//定义一个静态内部类private static class LazyMan4Holder{private static final LazyMan4 INSYANCE = new LazyMan4();}//对外访问方法public static LazyMan4 getInstance(){return LazyMan4Holder.INSYANCE;}
}
class LazyMan4Test{public static void main(String[] args) {LazyMan4 instance = LazyMan4.getInstance();LazyMan4 instance1 = LazyMan4.getInstance();System.out.println(instance == instance1);}
}

优缺点说明：

1. 这种方式采用了类装载的机制来保证初始化实例时只有一个线程。
2. 静态内部类方式在Singleton类被装载时并不会立即实例化，而是在需要实例化
   时，调用getInstance方法，才会装载SingletonInstance类，从而完成Singleton的
   实例化。
3. 类的静态属性只会在第一次加载类的时候初始化，所以在这里，JVM帮助我们
   保证了线程的安全性，在类进行初始化时，别的线程是无法进入的。
4. 优点：避免了线程不安全，利用静态内部类特点实现延迟加载，效率高
5. 结论：推荐使用

5.枚举方式
枚举方式属于饿汉式方式

枚举类实现单例模式是极力推荐的单例实现模式，因为枚举是线程安全的，并且只会装载一次，枚举类是所有单例类实现中唯一不会被破坏的单例模式。

public enum LazyMan5 {INSTANCE;
}
class LazyMan5Test{public static void main(String[] args) {LazyMan5 instance = LazyMan5.INSTANCE;LazyMan5 instance1 = LazyMan5.INSTANCE;System.out.println(instance == instance1);}
}