2 单例模式

单例对象（Singleton）是一种常用的设计模式。在Java应用中，单例对象能保证在一个JVM中，该对象只有一个实例存在。这样的模式有几个好处：

a. 某些类创建比较频繁，对于一些大型的对象，这是一笔很大的系统开销；

b. 省去了new操作符，降低了系统内存的使用频率，减轻GC压力；

c. 有些类如交易所的核心交易引擎，控制着交易流程，如果该类可以创建多个的话，系统完全乱了。（比如一个军队出现了多个司令员同时指挥，肯定会乱成一团），所以只有使用单例模式，才能保证核心交易服务器独立控制整个流程。

在Java中实现单例模式需要私有的构造方法、一个静态方法和一个私有静态变量。

单例模式的特点：

1. 私有构造方法，防止被实例化；
2. 私有静态变量，防止被引用，并保证只有一个对象实例存在；赋值为null，实现懒加载功能，称为懒汉模式；直接创建对象，则称为饿汉模式。

1 懒汉模式

只适合于单线程的单例模式示例（只适合单线程）：

public class Singleton {
    /* 持有私有静态实例，防止被引用，此处赋值为null，目的是实现延迟加载 */
    private static Singleton singleton = null;

    /* 私有构造方法，防止被实例化 */
    private Singleton() {
    }

    /* 静态方法，创建实例 */
    public static Singleton getInstance() {
        if (singleton == null) {
            singleton = new Singleton();
        }
        return singleton;
    }

    /* 如果该对象被用于序列化，可以保证对象在序列化前后保持一致 */
    public Object readResolve() {
        return singleton;
    }
}

如果有两个线程，当线程A执行singleton = new Singleton();时，线程B执行singleton == null为true，那么线程B也会执行singleton = new Singleton();，那么此时就创建了两个对象。显然，在多线程的条件下，这种形式不符合单例模式了。如何解决？我们首先会想到对getInstance方法加synchronized关键字，但是，synchronized关键字锁住的范围过大，这样的用法，在性能上会有所下降，事实上，只有在第一次创建对象的时候需要加锁，有对象之后下次就不需要了加锁了，所以，这个地方需要改进。如下：

package com.wp.design.create.singleton;
public class Singleton {
    private volatile static Singleton singleton = null;
    /* 私有构造方法，防止被实例化 */
    private Singleton() {
    }
    /* 静态工厂方法，创建实例 */
    public static Singleton getInstance() {
        if (singleton == null) {
            synchronized(Singleton.class){
                if(singleton == null){
                    singleton = new Singleton();
                }
            }
        }
        return singleton;
    }
    /* 如果该对象被用于序列化，可以保证对象在序列化前后保持一致 */
    public Object readResolve() {
        return getInstance();
    }
}

volatile关键字确保，singleton变量被实例化后，多个线程可以正确的处理singleton对象。不适合于1.4及以下版本。

2 饿汉模式

但是，这样的情况，还是有可能有问题的，看下面的情况：在Java指令中创建对象和赋值操作是分开进行的，也就是说instance = new Singleton();语句是分两步执行的。但是JVM并不保证这两个操作的先后顺序，也就是说有可能JVM会为新的Singleton实例分配空间，然后直接赋值给instance成员，然后再去初始化这个Singleton实例。这样就可能出错了，我们以A、B两个线程为例：

1. A、B线程同时进入了第一个if判断；
2. A首先进入synchronized块，由于instance为null，所以它执行instance = new Singleton();
3. 由于JVM内部的优化机制，JVM先画出了一些分配给Singleton实例的空白内存，并赋值给instance成员（注意此时JVM没有开始初始化这个实例），然后A离开了synchronized块；
4. B进入synchronized块，由于instance此时不是null，因此它马上离开了synchronized块并将结果返回给调用该方法的程序；
5. 此时B线程打算使用Singleton实例，却发现它没有被初始化，于是错误发生了。

所以程序还是有可能发生错误，其实程序在运行过程是很复杂的，从这点我们就可以看出，尤其是在写多线程环境下的程序更有难度，有挑战性。我们对该程序做进一步优化：那就是饿汉模式了。

package com.wp.design.create.singleton;
public class Singleton {
    private static Singleton singleton = new Singleton();
    /* 私有构造方法，防止被实例化 */ 
    private Singleton(){}
    /* 获取实例 */ 
    public static Singleton getInstance(){
        return Singleton.singleton;
    }
}

实际情况是，单例模式使用内部类来维护单例的实现，JVM内部的机制能够保证当一个类被加载的时候，这个类的加载过程是线程互斥的。这样当我们第一次调用getInstance的时候，JVM能够帮我们保证instance只被创建一次，并且会保证把赋值给instance的内存初始化完毕，这样我们就不用担心上面的问题。同时该方法也只会在第一次调用的时候使用互斥机制，这样就解决了低性能问题。

使用内部类维护单例的实现：

package com.wp.design.create.singleton;
public class Singleton {
    /* 私有构造方法，防止被实例化 */
    private Singleton() {
    }

    /* 此处使用一个内部类来维护单例 */
    private static class SingletonFactory {
        private static Singleton singleton = new Singleton();
    }

    /* 获取实例 */
    public static Singleton getInstance() {
        return SingletonFactory.singleton;
    }

    /* 如果该对象被用于序列化，可以保证对象在序列化前后保持一致 */
    public Object readResolve() {
        return getInstance();
    }
}