java设计模式-单例模式

一、单例模式

所谓单例模式，简单来说，就是在整个应用中保证只有一个类的实例存在。就像是Java Web中的application，jsp，默认的servlet和controller，也就是提供了一个全局变量，用处相当广泛，比如保存全局数据，实现全局性的操作等。

1. 最简单的实现
 
首先，能够想到的最简单的实现是，把类的构造函数写成private的，从而保证别的类不能实例化此类，然后在类中提供一个静态的实例并能够返回给使用者。这样，使用者就可以通过这个引用使用到这个类的实例了。

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

 
如上例，外部使用者如果需要使用SingletonClass的实例，只能通过getInstance()方法，并且它的构造方法是private的，这样就保证了只能有一个对象存在。
 
2. 性能优化——lazy loaded
 
上面的代码虽然简单，但是有一个问题——无论这个类是否被使用，都会创建一个instance对象。如果这个创建过程很耗时，比如需要连接10000次数据库(夸张了…:-))，并且这个类还并不一定会被使用，那么这个创建过程就是无用的。怎么办呢？
 
为了解决这个问题，我们想到了新的解决方案：
 

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

代码的变化有两处——首先，把instance初始化为null，直到第一次使用的时候通过判断是否为null来创建对象。因为创建过程不在声明处，所以那个final的修饰必须去掉。
 
我们来想象一下这个过程。要使用SingletonClass，调用getInstance()方法。第一次的时候发现instance是null，然后就新建一个对象，返回出去；第二次再使用的时候，因为这个instance是static的，所以已经不是null了，因此不会再创建对象，直接将其返回。
 
这个过程就成为lazy loaded，也就是迟加载——直到使用的时候才进行加载。

3. 同步
 
上面的代码很清楚，也很简单。然而就像那句名言：“80%的错误都是由20%代码优化引起的”。单线程下，这段代码没有什么问题，可是如果是多线程，麻烦就来了。我们来分析一下：
 
线程A希望使用SingletonClass，调用getInstance()方法。因为是第一次调用，A就发现instance是null的，于是它开始创建实例，就在这个时候，CPU发生时间片切换，线程B开始执行，它要使用SingletonClass，调用getInstance()方法，同样检测到instance是null——注意，这是在A检测完之后切换的，也就是说A并没有来得及创建对象——因此B开始创建。B创建完成后，切换到A继续执行，因为它已经检测完了，所以A不会再检测一遍，它会直接创建对象。这样，线程A和B各自拥有一个SingletonClass的对象——单例失败！
 
解决的方法也很简单，那就是加锁：
 

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

 
是要getInstance()加上同步锁，一个线程必须等待另外一个线程创建完成后才能使用这个方法，这就保证了单例的唯一性。
 
4. 又是性能

上面的代码又是很清楚很简单的，然而，简单的东西往往不够理想。这段代码毫无疑问存在性能的问题——synchronized修饰的同步块可是要比一般的代码段慢上几倍的！如果存在很多次getInstance()的调用，那性能问题就不得不考虑了！
 
让我们来分析一下，究竟是整个方法都必须加锁，还是仅仅其中某一句加锁就足够了？我们为什么要加锁呢？分析一下出现lazy loaded的那种情形的原因。原因就是检测null的操作和创建对象的操作分离了。如果这两个操作能够原子地进行，那么单例就已经保证了。于是，我们开始修改代码：

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

 
还有问题吗？首先判断instance是不是为null，如果为null，加锁初始化；如果不为null，直接返回instance。
 
这就是double-checked locking设计实现单例模式。到此为止，一切都很完美。我们用一种很聪明的方式实现了单例模式。