JAVA设计模式之单例模式

概念：

　　Java中单例模式是一种常见的设计模式，单例模式的写法有好几种，这里主要介绍两种：懒汉式单例、饿汉式单例。

　　单例模式有以下特点：

　　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。

　　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、显卡的驱动程序对象常被设计成单例。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。总之，选择单例模式就是为了避免不一致状态，避免政出多头。

一、饿汉式单例

//饿汉式单例类.在类初始化时，已经自行实例化
public class Singleton1{
//私有的默认构造子
private Singleton1(){}
//已经自行实例化
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。

二、懒汉式单例

//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;
}
}

Singleton通过将构造方法限定为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，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、直接加synchronized

//懒汉式单例类.在第一次调用的时候实例化
public class Singleton{
//私有的默认构造函数
private Singleton(){}
//注意，这里没有final
private static Singleton single=null;
//静态工厂方法
public synchronized static Singleton getInstance(){
if(single==null){
single=new Singleton2();
}
return single;
}
}

这种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，毕竟除了第一次的情况下是不需要同步的。因此有了第二种方法。

2、双重判断

public class Singleton {
//私有的默认构造函数
private Singleton(){}
private static Singleton instance;

public static Singleton {
if (instance == {
synchronized (Singleton.{
if (instance == null){
instance = new Singleton();
}
}
}
return instance;
}
}

这种方法在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。比上面方法1减少了性能损耗。

3、使用一个持有类，主要是为了不在初始化的时候加载

public class Singleton {
private Singleton(){}
private static final class InstanceHolder {
private static Singleton INSTANCE = new Singleton();
}

public static Singleton getInstance()  {
return InstanceHolder.INSTANCE;
}
}

这种方法利用了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。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。

应用：

public class TestSingleton {
private String name = null;
private static volatile TestSingleton instance = null;

private TestSingleton() {}
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 print() {
System.out.println("the name is " + name);
}

}

public class Test {
public static void main(String[] args){
TestSingleton test1 = TestSingleton.getInstance();
test1.setName("test1");
TestSingleton ts2 = TestSingleton.getInstance();
test2.setName("test2");

test1.printInfo();
test2.printInfo();

if(test1 == test2){
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：

the name is test1
the name is test2
创建的是同一个实例

结论：由结果可以得知单例模式为一个面向对象的应用程序提供了对象惟一的访问点，不管它实现何种功能，整个应用程序都会同享一个实例对象。

这里说下上面的instance为什么要用volatile修饰？

假设没有关键字volatile的情况下，两个线程A、B，都是第一次调用该单例方法，线程A先执行instance = new Instance()，该构造方法是一个非原子操作，编译后生成多条字节码指令，由于JAVA的指令重排序，可能会先执行instance的赋值操作，该操作实际只是在内存中开辟一片存储对象的区域后直接返回内存的引用，之后instance便不为空了，但是实际的初始化操作却还没有执行，如果就在此时线程B进入，就会看到一个不为空的但是不完整（没有完成初始化）的Instance对象，所以需要加入volatile关键字，禁止指令重排序优化，从而安全的实现单例。