java设计模式之单例模式

单例模式，常见的三种形式：懒汉模式，饿汉模式及登记式单例。

单例模式特点：

1.单例类只能有一个实例

2.单例类必须自己创建自己的唯一实例

3.单例类必须给所有其他对象提供这一实例。

应用方面：

在计算机系统中，线程池、缓存、日志对象、对话框、打印机、显卡的驱动程序对象常被设计成单例

三种形式总结:

常用的是饿汉模式，饿汉模式天生线程安全不会出现问题，但是，不管之后会不会使用这个单例，都会占据一定的内存，但是相应的，在第一次调用时速度也会更快，因为其资源已经初始化完成。

懒汉模式本身是非线程安全的，虽然可以通过一些方式实现线程安全，但是，其在资源加载和性能方面有区别。（3种情况
具体实现见下面）

第1种，在方法调用上加了同步，虽然线程安全了，但是每次都要同步，会影响性能，毕竟99%的情况下是不需要同步的，

第2种，在getInstance中做了两次null检查，确保了只有第一次调用单例的时候才会做同步，这样也是线程安全的，同时避免了每次都同步的性能损耗

第3种，利用了classloader的机制来保证初始化instance时只有一个线程，所以也是线程安全的，同时没有性能损耗，所以一般我倾向于使用这一种。

具体实现：

1.懒汉式单例

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//懒汉式单例类.在第一次调用的时候实例化自己

public class Singleton {

private Singleton() {}

private static Singleton single=null;

//静态工厂方法

public static Singleton getInstance() {

if (single == null) {

single = new Singleton();

}

return single;

}

}

（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，姑且掩耳盗铃地认为反射机制不存在。）

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，并发环境下很可能出现多个Singleton实例，要实现线程安全，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，如果你第一次接触单例模式，对线程安全不是很了解，可以先跳过下面这三小条，去看饿汉式单例，等看完后面再回头考虑线程安全的问题：

1、在getInstance方法上加同步

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public static synchronized Singleton getInstance() {

if (single == null) {

single = new Singleton();

}

return single;

}

2、双重检查锁定

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public static Singleton getInstance() {

if (singleton == null) {

synchronized (Singleton.class) {

if (singleton == null) {

singleton = new Singleton();

}

}

}

return singleton;

}

3、静态内部类

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public class Singleton {

private static class LazyHolder {

private static final Singleton INSTANCE = new Singleton();

}

private Singleton (){}

public static final Singleton getInstance() {

return LazyHolder.INSTANCE;

}

}

这种比上面1、2都好一些，既实现了线程安全，又避免了同步带来的性能影响。

二、饿汉式单例

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//饿汉式单例类.在类初始化时，已经自行实例化

public class Singleton1 {

private Singleton1() {}

private static final Singleton1 single = new Singleton1();

//静态工厂方法

public static Singleton1 getInstance() {

return single;

}

}

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

三、登记式单例(可忽略)

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//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。

这里我对登记式单例标记了可忽略，我的理解来说，首先它用的比较少，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。

以下是一个单例类使用的例子，以懒汉式为例，这里为了保证线程安全，使用了双重检查锁定的方式：

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public class TestSingleton {

String name = null;

private TestSingleton() {

}

private static volatile 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("the name is " + name);

}

}

可以看到里面加了volatile关键字来声明单例对象，既然synchronized已经起到了多线程下原子性、有序性、可见性的作用，为什么还要加volatile呢，原因已经在下面评论中提到，

还有疑问可参考http://www.iteye.com/topic/652440

和http://www.cs.umd.edu/~pugh/java/memoryModel/DoubleCheckedLocking.html

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public class TMain {

public static void main(String[] args){

TestStream ts1 = TestSingleton.getInstance();

ts1.setName("jason");

TestStream ts2 = TestSingleton.getInstance();

ts2.setName("0539");

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：