Java设计模式------单例模式

单例模式

一、概念

     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。单例模式确保某个类只有一个实例，而且自行实例化并向整个系统提供这个实例。在计算机系统中，线程池、缓存、日志对象、对话框、打印机、显卡的驱动程序常被设计成单例。这些应用都或多或少具有资源管理器的功能。每台计算机可以有若干个打印机，但只能有一个Printer Spooler，以避免两个打印作业同时输出到打印机中。每台计算机可以有若干通信端口，系统应当集中管理这些通信端口，以避免一个通信端口同时被两个请求同时调用。

二、特点

　　1、单例类只能有一个实例。
　　2、单例类必须自身创建自己的唯一实例。
　　3、单例类必须提供一个入口给所有其他对象提供这一实例。

三、结果图

从结构图可以看出，在单例类中有一个构造函数 Singleton ，这个构造函数是私有的（前面是“ - ”符号），但公开了一个 GetInstance（）方法

四、单例模式的三种写法

懒汉式单例、饿汉式单例、登记式单例。

五、懒汉式单例模式

    //懒汉式单例类<span style="font-family:宋体;">，</span>在第一次调用的时候实例化自己       public class Singleton {  <span style="font-family:宋体;"><span style="padding-bottom:0px; line-height:1.8; margin:0px; padding-left:0px; padding-right:0px; font-family:宋体; padding-top:0px"><span style="font-size:14px;"><span style="padding: 0px; line-height: 1.8; margin: 0px; color: rgb(0, 128, 0);"><span style="padding-bottom:0px; line-height:1.8; margin:0px; padding-left:0px; padding-right:0px; padding-top:0px" lang="EN-US"><span style="font-family:宋体;color:black;padding-bottom:0px; line-height:1.8; margin:0px; padding-left:0px; padding-right:0px; padding-top:0px"><span size="3" style="padding-bottom:0px; line-height:1.8; margin:0px; padding-left:0px; padding-right:0px; padding-top:0px"></span></span></span></span></span></span></span><pre name="code" class="java">        private static Singleton instance=null;

//构造方法private，阻止了外界利用new创建实例 private Singleton() {} //此静态方法是获得本类实例的唯一全局访问点,让本类自身实例化 public static Singleton getInstance() { if (instance == null) { instance = new Singleton(); } return instance; } }

测试

    public class TMain {          public static void main(String[] args){              <span style="padding-bottom:0px; line-height:1.8; margin:0px; padding-left:0px; padding-right:0px; font-family:宋体; padding-top:0px"><span style="font-size:14px;"><span style="padding: 0px; line-height: 1.8; margin: 0px; color: rgb(0, 128, 0);"><span style="padding-bottom:0px; line-height:1.8; margin:0px; padding-left:0px; padding-right:0px; padding-top:0px" lang="EN-US"><span style="font-family:宋体;color:black;padding-bottom:0px; line-height:1.8; margin:0px; padding-left:0px; padding-right:0px; padding-top:0px"><span size="3" style="padding-bottom:0px; line-height:1.8; margin:0px; padding-left:0px; padding-right:0px; padding-top:0px"></span></span></span></span></span></span>Singleton<span style="padding-bottom:0px; line-height:1.8; margin:0px; padding-left:0px; padding-right:0px; font-family:宋体; padding-top:0px"><span style="font-size:14px;"><span style="padding: 0px; line-height: 1.8; margin: 0px; color: rgb(0, 128, 0);"><span style="padding-bottom:0px; line-height:1.8; margin:0px; padding-left:0px; padding-right:0px; padding-top:0px" lang="EN-US"></span></span></span></span> s1 = Singleton.getInstance();  <span style="padding-bottom:0px; line-height:1.8; margin:0px; padding-left:0px; padding-right:0px; font-family:宋体; padding-top:0px"><span style="font-size:14px;"><span style="padding: 0px; line-height: 1.8; margin: 0px; color: rgb(0, 128, 0);"><span style="padding-bottom:0px; line-height:1.8; margin:0px; padding-left:0px; padding-right:0px; padding-top:0px" lang="EN-US"><span style="font-family:宋体;color:black;padding-bottom:0px; line-height:1.8; margin:0px; padding-left:0px; padding-right:0px; padding-top:0px"><span size="3" style="padding-bottom:0px; line-height:1.8; margin:0px; padding-left:0px; padding-right:0px; padding-top:0px"></span></span></span></span></span></span><pre name="code" class="java"><span style="padding-bottom:0px; line-height:1.8; margin:0px; padding-left:0px; padding-right:0px; font-family:宋体; padding-top:0px"><span style="font-size:14px;"><span style="padding: 0px; line-height: 1.8; margin: 0px; color: rgb(0, 128, 0);"><span style="padding-bottom:0px; line-height:1.8; margin:0px; padding-left:0px; padding-right:0px; padding-top:0px" lang="EN-US"><span style="font-family:宋体;color:black;padding-bottom:0px; line-height:1.8; margin:0px; padding-left:0px; padding-right:0px; padding-top:0px"><span size="3" style="padding-bottom:0px; line-height:1.8; margin:0px; padding-left:0px; padding-right:0px; padding-top:0px"></span></span></span></span></span></span>            Singleton<span style="padding-bottom:0px; line-height:1.8; margin:0px; padding-left:0px; padding-right:0px; font-family:宋体; padding-top:0px"><span style="font-size:14px;"><span style="color:#0800;padding: 0px; line-height: 1.8; margin: 0px;"><span style="padding-bottom:0px; line-height:1.8; margin:0px; padding-left:0px; padding-right:0px; padding-top:0px" lang="EN-US"></span></span></span></span> s<span style="font-family:宋体;">2</span> = Singleton.getInstance();                                            

if(s1 == s2){ System.out.println("创建的是同一个实例"); }else{ System.out.println("创建的不是同一个实例"); } } }

运行结果：创建的是同一个实例

Singleton将构造方法限定为private避免了类在外部被实例化，在同一个虚拟机范围内，Singleton的唯一实例只能通过getInstance()方法访问。

（事实上，通过Java反射机制是能够实例化构造方法为private的类的，那基本上会使所有的Java单例实现失效。此问题在此处不做讨论。）

但是以上懒汉式单例的实现没有考虑线程安全问题，它是线程不安全的，并发环境下多个线程的程序中，多个线程同时访问Singleton类，调用GetInstance()方法时，很可能出现多个Singleton实例，要实现线程安全，这个时候就要对其加锁了，

对线程加锁用的synchronized关键字，这个关键字的用法主要也分为两种：

（1）加在方法名之前，形如：synchronized methodeName（params）{……}；

（2）声明同步块，形如：synchronized（this）{……}；

总结后有以下三种方式，都是对getInstance这个方法改造，保证了懒汉式单例的线程安全：

1、在getInstance方法上加同步

    public static <span style="color:#FF0000;">synchronized</span> Singleton getInstance() {               if (single == null) {                     single = new Singleton();               }                return single;      }  

这种方式效率比较低，性能不是太好，因为是对整个方法加上了线程同步，其实只要在new的时候考虑线程同步就行了，这种方法不推荐使用。

2、同步代码块（双重检查）

public class Singleton {      private static Singleton instance;      private final static Object syncLock = new Object();           private Singleton() {               }         public <span style="color:#FF0000;">static</span> Singleton getInstance(){          if (instance == null) {  <span style="font-family:宋体;">              //实例为空时加锁</span>            synchronized (syncLock) {                  if (instance == null) {                      instance = new Singleton();                  }              }          }                   return instance;      }  }

synchronized同步块括号中的锁定对象是采用的一个无关的Object类实例，而不是采用this，因为getInstance是一个静态方法，在它内部不能使用未静态的或者未实例的类对象，因此也可以用下面的方法来实现：

public class Singleton {      private static Singleton instance;           private Singleton() {               }          public <span style="color:#FF0000;">static</span> Singleton getInstance(){          if (instance == null) {  <span style="font-family:宋体;">              //实例为空时加锁</span>            synchronized (Singleton.class) {                  if (instance == null) {                      instance = new Singleton();                  }              }          }                 return instance;      }  }

3、静态内部类

    public class Singleton {            private static class LazyHolder {               private <span style="color:#FF0000;">static final</span> Singleton INSTANCE = new Singleton();            }            private Singleton (){}            public <span style="color:#FF0000;">static final</span> Singleton getInstance() {               return LazyHolder.INSTANCE;            }        }    

第2、3种方法推荐使用，避免了同步带来性能的影响

六、饿汉式单例

 <span style="font-family:宋体;">  </span> //饿汉式单例类<pre name="code" class="java">    public class Singleton1 {          private Singleton1() {}  <span style="font-family:宋体;">         <span style="padding-bottom:0px; line-height:1.8; margin:0px; padding-left:0px; padding-right:0px; font-family:宋体; padding-top:0px"><span style="font-size:14px;"><span style="padding: 0px; line-height: 1.8; margin: 0px; color: rgb(0, 128, 0);"><span style="padding-bottom:0px; line-height:1.8; margin:0px; padding-left:0px; padding-right:0px; padding-top:0px" lang="EN-US"><span style="font-family:宋体;color:black;padding-bottom:0px; line-height:1.8; margin:0px; padding-left:0px; padding-right:0px; padding-top:0px"><span size="3" style="padding-bottom:0px; line-height:1.8; margin:0px; padding-left:0px; padding-right:0px; padding-top:0px"></span></span></span></span></span></span></span><span style="font-family:宋体;"></span><pre name="code" class="java"><pre name="code" class="java"><pre name="code" class="java"><pre name="code" class="java"><span style="font-family:宋体;">   </span>     //在类初始化时，已经自行实例化  

private static final Singleton1 instance = new Singleton1(); //静态工厂方法 public static Singleton1 getInstance() { returninstance; } }

饿汉式在类创建的同时就已创建好一个静态的对象供系统使用，以后不再改变，所以是线程安全的

七、登记式单例（了解）

     //类似Spring里面的方法，将类名注册，下次从里面直接获取。      public class Singleton3 {          private static Map<String,Singleton3> map = new HashMap<String,Singleton3>();          static{              Singleton3 single = new Singleton3();              map.put(single.getClass().getName(), single);          }          //保护的默认构造子          protected Singleton3(){}          //静态工厂方法,返还此类惟一的实例          public static Singleton3 getInstance(String name) {              if(name == null) {                  name = Singleton3.class.getName();                  System.out.println("name == null"+"--->name="+name);              }              if(map.get(name) == null) {                  try {                      map.put(name, (Singleton3) Class.forName(name).newInstance());                  } catch (InstantiationException e) {                      e.printStackTrace();                  } catch (IllegalAccessException e) {                      e.printStackTrace();                  } catch (ClassNotFoundException e) {                      e.printStackTrace();                  }              }              return map.get(name);          }          //一个示意性的商业方法          public String about() {                  return "Hello, I am RegSingleton.";              }              public static void main(String[] args) {              Singleton3 single3 = Singleton3.getInstance(null);              System.out.println(single3.about());          }      }  

 登记式单例实际上维护了一组单例类的实例，将这些实例存放在一个Map（登记薄）中，对于已经登记过的实例，则从Map直接返回，对于没有登记的，则先登记，然后返回。 它用的比较少，另外其实内部实现还是用的饿汉式单例，因为其中的static方法块，它的单例在类被装载的时候就被实例化了。

八、应用

以懒汉式为例，使用了双重检查锁定的方式保证线程安全：

    public class TestSingleton {          String name = null;            <span style="font-family:宋体;">        </span> private TestSingleton() {          }                private static <span style="color:#FF0000;">volatile</span> TestSingleton instance = null;                public static TestSingleton getInstance() {                 if (instance == null) {                     synchronized (TestSingleton.class) {                        if (singleton == null) {                           singleton = new TestSingleton();                       }                     }                   }                  return instance;          }                public String getName() {              return name;          }                public void setName(String name) {              this.name = name;          }                public void printInfo() {              System.out.println("名字是 " + name);          }            }  

    public class TMain {          public static void main(String[] args){              TestStream ts1 = TestSingleton.getInstance();              ts1.setName("小林);              TestStream ts2 = TestSingleton.getInstance();              ts2.setName("<span style="font-family:宋体;">小李</span>");                            ts1.printInfo();              ts2.printInfo();                            if(ts1 == ts2){                  System.out.println("创建的是同一个实例");              }else{                  System.out.println("创建的不是同一个实例");              }          }      }  

运行结果：创建的是同一个实例

参考博客：http://blog.csdn.net/jason0539/article/details/23297037（转载请说明出处）