java创建型设计模式-单例（2）

什么是单例模式？

定义

单例（singleton）：指仅被实例化一次的类，即在JVM中只存在一个实例，常被用于代表那些本质上唯一存在的系统组件，如窗口管理器或文件系统 。

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适用情况&益处

1.当某些类创建十分频繁时，对于大型的实例（对象），节省了很大一笔资源开销；

2.省去了new操作符，减少了垃圾收回器的资源消耗；

3.有些核心的操作类不能创建第二个，防止出现安全和混乱问题。

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程序解析

饿汉式

饿汉式是较为简单的方式，将构造器保持为私有，并导出私有成员。

利弊

在应用启动时就将单例进行实例化。适用于实例较小的情况，如果实例较大（占用内存较多），则会对启动速度有影响。

实现的思路

1.将该类的引用类型变量添加private、static和final修饰符，便于静态方法调用和防止改变，并实例化；

2.将构造器声明私有；

3.通过工厂方法导出成员;

4.添加readResolve()方法构成可序列化类。

public class FirstSingleton{    private static final FirstSingleton INSTANCE = new FirstSingleton();    private FirstSingleton()    {    }    public static FirstSingleton getInstance()    {        return INSTANCE;    }    public Object readResolve()    {        return INSTANCE;    }}

懒汉式

懒汉式与饿汉式最大的区别在于实例化操作，前者是当调用时才进行实例化操作，后者是启动程序便开始实例化操作。

利弊

懒汉式实现了使用静态方法时才实例化，如果单例使用的次数不多且提供的功能复杂，避免了JVM启动消耗大量的资源，但静态方法存在多线程安全问题。

实现的思路

1.将该类的引用类型变量添加private、static修饰符；

2.工厂方法添加逻辑判断引用变量是否为NULL，是则实例化变量，反之不执行。

public class SecondSingleton{    private static SecondSingleton INSTANCE = null;    private SecondSingleton()    {    }    public static SecondSingleton getInstance()    {        if(INSTANCE ==null)            INSTANCE = new SecondSingleton();        return INSTANCE;    }    public Object readResolve()    {        return getInstance();    }}

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懒汉式同步锁

实现的思路

1.将该类的引用类型变量添加private、static和volatile修饰符；

2.将构造器声明私有；

3.工厂方法添加逻辑判断引用变量是否为NULL，是则实例化变量，反之不执行。

public class ThirdSingleton{    private static volatile ThirdSingleton INSTANCE = null;    private static ThirdSingleton getInstance()    {        if(INSTANCE == null)        {            synchronized( INSTANCE )            {                if(INSTANCE == null)                    INSTANCE = new ThirdSingleton();            }        }        return INSTANCE;    }    public Object readResolve()    {        return getInstance();    }}

注意：volatile关键字有两层语义，第一层可见性，指的是在一个线程中对该变量的修改会马上由工作内存（Work Memory）写回主内存（Main Memory），所以会马上反应在其它线程的读取操作中。顺便一提，工作内存和主内存可以近似理解为实际电脑中的高速缓存和主存，工作内存是线程独享的，主存是线程共享的；volatile的第二层语义是禁止指令重排序优化，大家知道我们写的代码（尤其是多线程代码），由于编译器优化，在实际执行的时候可能与我们编写的顺序不同。编译器只保证程序执行结果与源代码相同，却不保证实际指令的顺序与源代码相同。这在单线程看起来没什么问题，然而一旦引入多线程，这种乱序就可能导致严重问题。第二条语义禁止指令重排优化直到jdk1.5以后才支持。

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静态内部类

以上两种方式还是挺麻烦的， 我们可以利用JVM的类加载机制去实现。在很多情况下JVM已经为我们提供了同步控制，比如：

• 在static{}区块中初始化的数据
• 访问final字段时

因为在JVM进行类加载的时候他会保证数据是同步的，我们可以这样实现：

采用内部类，在这个内部类里面去创建对象实例。这样的话，只要应用中不使用内部类则 JVM 就不会去加载这个单例类，也就不会创建单例对象，从而实现懒汉式的延迟加载和线程安全。

实现的思路

1.创建静态内部类

2.创建静态方法返回静态内部类的单例。

public class FourthSingleton{    private static class SingletonHolder    {        public static FourthSingleton INSTANCE = new FourthSingleton();    }    private FourthSingleton ()    {    }    public static FourthSingleton newInstance ()    {        return SingletonHolder.INSTANCE;    }    public Object readResolve ()    {        return SingletonHolder.INSTANCE;    }}

上述四种方法存在共同问题

1.都需额外的工作(Serializable、transient、readResolve())来实现序列化，否则每次反序列化一个序列化的对象实例时都会创建一个新的实例。

2.都存在反射攻击的安全问题，享有特权的客户端可以借AccessibleObject.setAccessible方法通过反射机制调用私有构造使得创建多个实例，必须修改构造器，让其在创建第二个实例的实例的时候抛出异常。

单元素枚举

创建单个元素的枚举类实现单例。

利弊

简洁和无偿地实现线程安全、序列化机制和多次实例化安全，单元素枚举已经成为实现单例的最佳方法。

但是在Android中却不推荐这种用法，在Android官网Managing Your App’s Memory中有这样一段话：

Enums often require more than twice as much memory as static constants. You should strictly avoid using enums on Android.

意思大致：枚举类型内存占用上是静态变量的两倍以上，应该尽可能的避免枚举类型在Android中。

个人认为，如果不大量采用枚举类型或枚举单例过于庞大，性能的影响是很微小的。

public enum FifthSingleton{    INSTANCE;    public static FifthSingleton getInstance()    {        return INSTANCE;    }}

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