设计模式——单例模式

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。
单例模式，可以说是GOF的23种设计模式中最简单的一个。
某些情况下，我们可能需要某个类只能创建出一个对象，这就是单例模式的意义。该模式的关键是将类的构造方法设置为private权限，并提供一个返回它的唯一实例的方法（static方法）。
单例模式在设计上有如下特点：
1.单线程安全单例模式(不使用同步锁)

 //直接初始化一个实例对象public class Singleton {     private static Singleton instance=null;        //private类型的构造函数，保证其他类对象不能直接new一个该对象的实例     private Singleton(){    //private类型的构造函数，保证其他类对象不能直接new一个该对象的实例     }     public static Singleton getInstance(){    //该类唯一的一个public方法  if(instance==null)  //1   instance=new Singleton(); //2         return instance;//3     } }

首先，对于静态成员变量instance初始值赋予null，确保系统启动时没有额外的负载，此类的设计确保只创建一个 Singleton 对象，这个实现适合于单线程程序。然而，当引入多线程时，就必须通过同步来保护 getInstance() 方法。如果不保护 getInstance() 方法，则可能返回 Singleton 对象的两个不同的实例。假设两个线程并发调用 getInstance() 方法并且按以下顺序执行调用：
1. 线程 1 调用 getInstance() 方法并确定 instance 在 //1 处为 null 。
2. 线程 1 进入 if 代码块，但在执行 //2 处的代码行时被线程 2 预占。
3. 线程 2 调用 getInstance() 方法并在 //1 处确定 instance 为 null 。
4. 线程 2 进入 if 代码块并创建一个新的 Singleton 对象并在 //2 处将变量 instance 分配给这个新对象。
5. 线程 2 在 //3 处返回 Singleton 对象引用。
6. 线程 2 被线程 1 预占。
7. 线程 1 在它停止的地方启动，并执行 //2 代码行，这导致创建另一个 Singleton 对象。
8. 线程 1 在 //3 处返回这个对象。
结果是 getInstance() 方法创建了两个 Singleton 对象，而它本该只创建一个对象。通过同步 getInstance() 方法从而在同一时间只允许一个线程执行代码，这个问题得以改正，代码如下：
2.多线程安全单例模式实例一(不使用同步锁)

public class Singleton {     private static Singleton instance=new Singleton();    ///直接初始化一个实例对象     private Singleton(){        }     public static Singleton getSingleton(){    ///该类唯一的一个public方法             return instance;     } }

上述代码中的一个缺点是无法对instance实例做延迟加载，假如单例的创建过程很慢，会使得启动速度变慢，而且该类加载的时候就会直接new一个静态对象出来，而我们只是希望在第一次使用的时候才初始化第一个该类对象，所以这种方式适合在小系统。
3.多线程安全单例模式实例二(使用同步方法)

 public class Singleton {         private static Singleton instance=null;         private Singleton (){       }   //对获取实例的方法进行同步      public static synchronized Singleton getInstance(){             if (instance == null)//1           instance = new Singleton();  //2         return instance;//3      }  }  

上述代码一次锁住了一个方法， 这个粒度有点大，虽然代码针对多线程访问 getInstance() 方法运行得很好。然而，当分析这段代码时，您会意识到只有在第一次调用方法时才需要同步。由于只有第一次调用执行了 //2 处的代码，而只有此行代码需要同步，因此就无需对后续调用使用同步。所有其他调用用于确定 instance 是否非 null ，并将其返回。多线程能够安全并发地执行除第一次调用外的所有调用。尽管如此，由于该方法是 synchronized 的，需要为该方法的每一次调用付出同步的代价，即使只有第一次调用需要同步。改进就是只锁住其中的new语句就OK，就是所谓的“双重锁”机制。
4.多线程安全单例模式实例三(使用双重锁)

 public class Singleton {         private static Singleton instance=null;         private Singleton (){       }   //对获取实例的方法进行同步       public static Singleton getInstance(){             if (instance == null)             synchronized(Singleton.class){                    instance = new Singleton();            }      return instance;      }      }

当 instance 为 null 时，两个线程可以并发地进入 if 语句内部。然后，一个线程进入 synchronized 块来初始化 instance ，而另一个线程则被阻断。当第一个线程退出 synchronized 块时，等待着的线程进入并创建另一个 Singleton 对象。注意：当第二个线程进入 synchronized 块时，它并没有检查 instance 是否非 null 。为使此方法更为有效，一个被称为“双重检查锁”的名词就应运而生了。

5.多线程安全单例模式实例四(使用双重检查锁)

 public class Singleton {         private static Singleton instance=null;         private Singleton (){       }   //对获取实例的方法进行同步       public static Singleton getInstance(){             if (instance == null)             synchronized(Singleton.class){//1  if (instance== null) //2                 instance = new Singleton();//3            }       return instance;      }      }

双重检查锁定背后的理论是：在 //2 处的第二次检查使创建两个不同的 Singleton 对象成为不可能。假设有下列事件序列：
1. 线程 1 进入 getInstance() 方法。
2. 由于 instance 为 null ，线程 1 在 //1 处进入 synchronized 块。
3. 线程 1 被线程 2 预占。
4. 线程 2 进入 getInstance() 方法。
5. 由于 instance 仍旧为 null ，线程 2 试图获取 //1 处的锁。然而，由于线程 1 持有该锁，线程 2 在 //1 处阻塞。
6. 线程 2 被线程 1 预占。
7. 线程 1 执行，由于在 //2 处实例仍旧为 null ，线程 1 还创建一个 Singleton 对象并将其引用赋值给 instance 。
8. 线程 1 退出 synchronized 块并从 getInstance() 方法返回实例。
9. 线程 1 被线程 2 预占。
10. 线程 2 获取 //1 处的锁并检查 instance 是否为 null 。
11. 由于 instance 是非 null 的，并没有创建第二个 Singleton 对象，由线程 1 创建的对象被返回。
双重检查锁定背后的理论是完美的。不幸地是，现实完全不同。双重检查锁定的问题是：并不能保证它会在单处理器或多处理器计算机上顺利运行。
双重检查锁定失败的问题并不归咎于 JVM 中的实现 bug，而是归咎于 Java 平台内存模型。内存模型允许所谓的“无序写入”，这也是这些习语失败的一个主要原因。
总结起来方法4和方法5并不是很完善，也因此被大家给抛弃了，关于双重锁和双重检查锁，大家可以看这篇博客（java 双重检查锁定及单例模式），作者写的很好，现在再分析下方法3，虽然方法3使用了延迟加载，但是同步关键字的引入却大大降低了程序性能，是不是有点得不偿失？为了解决这个问题，还需要对其进行改进：

6.多线程安全单例模式实例五(使用内部类)

 public class Singleton {         private Singleton (){       }  private static class SingletonHolder{private static Singleton instance= new Singleton(); }//使用内部类来维护单例的实例       public static Singleton getInstance(){             return SingletonHolder.instance;      }  }  

使用内部类的方式实现单例，既可以做到延迟加载，也不必使用同步关键字，是一种比较完善的实现。通常情况下，以上方法已经可以确保在系统中只存在唯一的实例，但仍有例外的情况，具体如何使用，大家就根据自己的情况选择吧

参考：

http://blog.sina.com.cn/s/blog_7f311ef50102uxvr.html

https://my.oschina.net/u/2249934/blog/343441

http://mobile.51cto.com/ahot-418975.htm

http://blog.sina.com.cn/s/blog_7f311ef50102uxvs.html

http://www.cnblogs.com/xudong-bupt/p/3433643.html

http://blog.csdn.net/kufeiyun/article/details/6166673