Java设计模式——单例模式（Singleton Pattern）

单例模式的定义

单例模式（Singleton Pattern）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型模式，它提供了一种创建对象的最佳方式。
这种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的对象的方式，可以直接访问，不需要实例化该类的对象。

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。

单例模式结构图

单例模式的实现模式

1.饿汉式

代码实现：

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

这种方式在类加载时就完成了初始化，所以类加载较慢，但获取对象的速度快。 这种方式基于类加载机制避免了多线程的同步问题，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，这时候初始化instance显然没有达到懒加载的效果。

2.懒汉式

2.1懒汉式（线程不安全）

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

懒汉模式申明了一个静态对象，在用户第一次调用时初始化，虽然节约了资源，但第一次加载时需要实例化，反映稍慢一些，而且在多线程不能正常工作。

2.2懒汉式（线程安全）

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

这种写法能够在多线程中很好的工作，但是每次调用getInstance方法时都需要进行同步，造成不必要的同步开销，而且大部分时候我们是用不到同步的，所以不建议用这种模式。

3.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;      }  }  

这种方式采用双锁机制，安全且在多线程情况下能保持高性能。getInstance() 的性能对应用程序很关键。

4.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。

5.枚举

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

默认枚举实例的创建是线程安全的，并且在任何情况下都是单例，上述讲的几种单例模式实现中，有一种情况下他们会重新创建对象，那就是反序列化，将一个单例实例对象写到磁盘再读回来，从而获得了一个实例。反序列化操作提供了readResolve方法，这个方法可以让开发人员控制对象的反序列化。在上述的几个方法示例中如果要杜绝单例对象被反序列化是重新生成对象，就必须加入如下方法：

private Object readResolve() throws ObjectStreamException{        return singleton;}

6.使用容器实现单例模式

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

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。

单例模式的优缺点

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。

使用单例模式的注意事项

getInstance() 方法中需要使用同步锁 synchronized (Singleton.class) 防止多线程同时进入造成 instance 被多次实例化。