设计模式之五：单例模式

                     《Head First设计模式》第五章学习笔记

一、单例模式

    单例模式：确保一个类只有一个实例，并提供一个全局访问点。

    在java中实现单例模式，需要：私有的构造器、一个静态变量和一个静态方法。类图如下：

二、单例模式实现

  实现方式一：不考虑多线程情况

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

该实现方式，在多线程的情况下，存在问题：会产生多个实例。
实现方式二：考虑多线程，但牺牲了性能

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

跟实现方式一相比，getInstance方法使用synchronized进行了同步。这解决了多线程并发的问题，但是却因为同步而导致每次访问该方法，都付出了性能的代价（同步一个方法可能造成程序执行效率下降100倍）。

当然，如果getInstance()的性能对应用程序不是很关键(例如访问次数很少)，则可以采用这种方式，既简单又有效。如果性能是关键(例如该方法被频繁调用)，则需要使用下面的两种方式来实现。

实现方式三：使用“急切”创建实例，而不用延迟实例化的做法（也称为“饿汉式”单例类，与其对应的是“懒汉式”单例类）

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

利用这个做法，我们依赖JVM在加载这个类时马上创建此唯一的实例。其缺点就是，没有延迟实例化，只要类被加载了，就创建实例，而不管后续是否使用该实例。

实现方式四：用“双重检查加锁”，在getInstance()中减少使用同步

利用双重检查加锁，首先检查实例是否已经创建，如果未创建，则进行同步，然后再次判断是否已创建实例，如果没有，则创建。

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

uniqueInstance，定义成volatile，确保实例化的过程中，多线程能够正确的处理该变量。

注意：双重检查加锁不适用于jdk 1.4及更早的版本。

三、JDK中单例模式的应用例子

JDK中的java.lang.Runtime类，就是使用单例模式，而且使用的是上面介绍的第三种实现方式。如下：

public class Runtime {    private static Runtime currentRuntime = new Runtime();    /**     * Returns the runtime object associated with the current Java application.     * Most of the methods of class <code>Runtime</code> are instance      * methods and must be invoked with respect to the current runtime object.      *      * @return  the <code>Runtime</code> object associated with the current     *          Java application.     */    public static Runtime getRuntime() { return currentRuntime;    }    /** Don't let anyone else instantiate this class */    private Runtime() {}        // 其他方法省略}

四、小结

1、如果有两个及以上的类加载器，加载Singleton类，仍然会导致Singleton类被实例化出多个对象。所以，如果你的程序有多个类加载器，同时你又使用了单例模式，则需要小心这个问题。
2、单例模式是针对同一个JVM而言的，对于不同的JVM，每个JVM都会创建一个对应的实例。