设计模式-单例模式

　单例模式：是一种常用的软件设计模式，在它的核心结构中值包含一个被称为单例的特殊类。一个类只有一个实例，即一个类只有一个对象实例。

　　对于系统中的某些类来说，只有一个实例很重要，例如，一个系统中可以存在多个打印任务，但是只能有一个正在工作的任务；售票时，一共有100张票，可有有多个窗口同时售票，但需要保证不要超售（这里的票数余量就是单例，售票涉及到多线程）。如果不是用机制对窗口对象进行唯一化将弹出多个窗口，如果这些窗口显示的都是相同的内容，重复创建就会浪费资源。

　　应用场景（来源：《大话设计模式》）：

　　　　需求：在前端创建工具箱窗口，工具箱要么不出现，出现也只出现一个

　　　　遇到问题：每次点击菜单都会重复创建“工具箱”窗口。

　　　　解决方案一：使用if语句，在每次创建对象的时候首先进行判断是否为null，如果为null再创建对象。

　　　　需求：如果在5个地方需要实例出工具箱窗体

　　　　遇到问题：这个小bug需要改动5个地方，并且代码重复，代码利用率低

　　　　解决方案二：利用单例模式，保证一个类只有一个实例，并提供一个访问它的全局访问点。

　　通过以下几种方式，我们会发现，所有的单例模式都是使用静态方法进行创建的，所以单例对象在内存中静态共享区中存储。（可参考：https://zhidao.baidu.com/question/2206072272164938188.html）

　　 单例模式可以分为懒汉式和饿汉式：

　　　　懒汉式单例模式：在类加载时不初始化。

　　　　饿汉式单例模式：在类加载时就完成了初始化，所以类加载比较慢，但获取对象的速度快。

　　第一种（懒汉，线程不安全）:

public class SingletonDemo1 {
    private static SingletonDemo1 instance;
    private SingletonDemo1(){}
    public static SingletonDemo1 getInstance(){
        if (instance == null) {
            instance = new SingletonDemo1();
        }
        return instance;
    }
}

这种写法lazy loading很明显，但是致命的是在多线程不能正常工作。　

    第二种（懒汉，线程安全）：

public class SingletonDemo2 {
    private static SingletonDemo2 instance;
    private SingletonDemo2(){}
    public static synchronized SingletonDemo2 getInstance(){
        if (instance == null) {
            instance = new SingletonDemo2();
        }
        return instance;
    }
}

这种写法在getInstance()方法中加入了synchronized锁。能够在多线程中很好的工作，而且看起来它也具备很好的lazy loading，但是效率很低（因为锁），并且大多数情况下不需要同步。

    第三种（饿汉）：

public class SingletonDemo3 {
    private static SingletonDemo3 instance = new SingletonDemo3();
    private SingletonDemo3(){}
    public static SingletonDemo3 getInstance(){
        return instance;
    }
}

这种方式基于classloder机制避免了多线程的同步问题，不过，instance在类装载时就实例化，这时候初始化instance显然没有达到lazy loading的效果。

　  第四种（饿汉，变种）：

public class SingletonDemo4 {
    private static SingletonDemo4 instance = null;
    static{
        instance = new SingletonDemo4();
    }
    private SingletonDemo4(){}
    public static SingletonDemo4 getInstance(){
        return instance;
    }
}

表面上看起来差别挺大，其实更第三种方式差不多，都是在类初始化即实例化instance

    第五种（静态内部类）：

public class SingletonDemo5 {
    private static class SingletonHolder{
        private static final SingletonDemo5 instance = new SingletonDemo5();
    }
    private SingletonDemo5(){}
    public static final SingletonDemo5 getInsatance(){
        return SingletonHolder.instance;
    }
}

这种方式同样利用了classloder的机制来保证初始化instance时只有一个线程，它跟第三种和第四种方式不同的是（很细微的差别）：第三种和第四种方式是只要Singleton类被装载了，那么instance就会被实例化（没有达到lazy loading效果），而这种方式是Singleton类被装载了，instance不一定被初始化。因为SingletonHolder类没有被主动使用，只有显示通过调用getInstance方法时，才会显示装载SingletonHolder类，从而实例化instance。想象一下，如果实例化instance很消耗资源，我想让他延迟加载，另外一方面，我不希望在Singleton类加载时就实例化，因为我不能确保Singleton类还可能在其他的地方被主动使用从而被加载，那么这个时候实例化instance显然是不合适的。这个时候，这种方式相比第三和第四种方法就显得更合理。

第六种（枚举）：

public enum SingletonDemo6 {
    instance;
    public void whateverMethod(){
    }
}

这种方式是Effective Java作者Josh Bloch 提倡的方式，它不仅能避免多线程同步问题，而且还能防止反序列化重新创建新的对象，可谓是很坚强的壁垒啊，不过，个人认为由于1.5中才加入enum特性，用这种方式写不免让人感觉生疏，在实际工作中，我也很少看见有人这么写过。

第七种（双重校验锁）：

public class SingletonDemo7 {
    private volatile static SingletonDemo7 singletonDemo7;
    private SingletonDemo7(){}
    public static SingletonDemo7 getSingletonDemo7(){
        if (singletonDemo7 == null) {
            synchronized (SingletonDemo7.class) {
                if (singletonDemo7 == null) {
                    singletonDemo7 = new SingletonDemo7();
                }
            }
        }
        return singletonDemo7;
    }
}

这个是第二种方式的升级版，俗称双重检查锁定，详细介绍请查看：http://www.ibm.com/developerworks/cn/java/j-dcl.html

在JDK1.5之后，双重检查锁定才能够正常达到单例效果。

多线程时的单例，多线程的程序中，多个线程同时访问该单例，会有可能创建多个实例。这个时候就需要用“锁”将它锁起来。包括锁、死锁、锁之间的通信，关于多线程这部分待后续详解！

参考：http://cantellow.iteye.com/blog/838473

总结

有两个问题需要注意：

1.如果单例由不同的类装载器装入，那便有可能存在多个单例类的实例。假定不是远端存取，例如一些servlet容器对每个servlet使用完全不同的类装载器，这样的话如果有两个servlet访问一个单例类，它们就都会有各自的实例。

2.如果Singleton实现了java.io.Serializable接口，那么这个类的实例就可能被序列化和复原。不管怎样，如果你序列化一个单例类的对象，接下来复原多个那个对象，那你就会有多个单例类的实例。

对第一个问题修复的办法是：

private static Class getClass(String classname)
                                         throws ClassNotFoundException {
      ClassLoader classLoader = Thread.currentThread().getContextClassLoader();

      if(classLoader == null)
         classLoader = Singleton.class.getClassLoader();

      return (classLoader.loadClass(classname));
   }
}

 对第二个问题修复的办法是：

public class Singleton implements java.io.Serializable {
   public static Singleton INSTANCE = new Singleton();

   protected Singleton() {

   }
   private Object readResolve() {
            return INSTANCE;
      }
}

对我来说，我比较喜欢第三种和第五种方式，简单易懂，而且在JVM层实现了线程安全（如果不是多个类加载器环境），一般的情况下，我会使用第三种方式，只有在要明确实现lazy loading效果时才会使用第五种方式，另外，如果涉及到反序列化创建对象时我会试着使用枚举的方式来实现单例，不过，我一直会保证我的程序是线程安全的，而且我永远不会使用第一种和第二种方式，如果有其他特殊的需求，我可能会使用第七种方式，毕竟，JDK1.5已经没有双重检查锁定的问题了。

========================================================================

 superheizai同学总结的很到位：

不过一般来说，第一种不算单例，第四种和第三种就是一种，如果算的话，第五种也可以分开写了。所以说，一般单例都是五种写法。懒汉，恶汉，双重校验锁，枚举和静态内部类。

我很高兴有这样的读者，一起共勉。