[Java知识库]单例模式学习

单例模式

概念
这种模式涉及到一个单一的类，该类负责创建自己的对象，同时确保只有某个对象被创建；而且还提供了一种访问其唯一的对象的方式，可以直接访问，不需要实例化该类的对象。

保证一个类只有一个实例：如果你创建了一个对象，同时过一会后决定再创建一个新对象，此时会获得之前已创建的对象，而不是一个新对象。注意：普通构造函数无法实现上述行为，因为构造函数的设计决定了它必须总是返回一个新对象

为该实例提供一个全局访问节点：和全局变量一样，单例模式也允许在程序的任何地方访问特定对象。但是它可以保护该实例不被其他代码覆盖。

优点

• 只生成一个实例，减少了系统的性能开销和内存开支
  （目的可能为了控制某些共享资源（如数据库或文件）的访问权限
• 可以避免对资源的多重占用
• 可以在系统设置全局的访问点，优化和共享资源访问

缺点

1. 单例模式一般没有接口，扩展困难，若要扩展，除了修改代码基本上没有第二种途径可以实现
2. 若单例模式没有实现，是不能进行测试的
3. 单例类的职责过重，在一定程度上违背了“单一职责原则”

结构类图

创建方式

1. 饿汉式:类初始化时,会立即加载该对象，线程天生安全,调用效率高。
2. 懒汉式:类初始化时,不会初始化该对象,真正需要使用的时候才会创建该对象,具备懒加载功能。
3. 静态内部方式:结合了懒汉式和饿汉式各自的优点，真正需要对象的时候才会加载，加载类是线程安全的。
4. 枚举单例: 使用枚举实现单例模式。优点:实现简单、调用效率高，枚举本身就是单例，由jvm从根本上提供保障!避免通过反射和反序列化的漏洞， 缺点没有延迟加载。
5. 双重检测锁方式 (因为JVM本质重排序的原因，可能会初始化多次，不推荐使用)

如果不需要延迟加载单例，可以使用枚举或者饿汉式，相对来说枚举性好于饿汉式。
如果需要延迟加载，可以使用静态内部类或者懒汉式，相对来说静态内部类好于懒汉式。 最好使用饿汉式

实现

所有单例的实现都包含以下两个相同的步骤：

• 将默认构造函数设为私有， 防止其他对象使用单例类的new运算符。
• 新建一个静态构建方法作为构造函数。 该函数会 “偷偷” 调用私有构造函数来创建对象， 并将其保存在一个静态成员变量中。 此后所有对于该函数的调用都将返回这一缓存对象。

如果你的代码能够访问单例类， 那它就能调用单例类的静态方法。 无论何时调用该方法， 它总是会返回相同的对象。

一、懒汉式
synchronized
将整个 getInstance() 方法设为同步（synchronized）。不高效，因为任何时候只能有一个线程调用getInstance() 方法，而同步操作只需要在第一次创建单例实例对象时才需要。

public class Singleton{
    private static Singleton instance;
    // 加 synchronized 保证只有一个线程进入方法
    public static synchronized Singleton getInstance(){
        if(instance == null){
            instance = new Singleton();
        }
        return instance;
    }

}

双重检验锁模式DCL
同步块加锁

public class Singleton{
    
    // 声明成 static volatile
    private static volatile Singleton instance;
    
    // 私有，使外界构造方法失效
    private Singleton(){
		
    }
    
    // 声明成 static
    public static Singleton getInstance(){
        // 非空时直接返回
        if(instance == null){
            synchronized(Singleton.class){
                // 防止生成多个实例
                if(instance == null){
                     instance = new Singleton();
                }
            }
        }
        return instance;
    }
}

第一个if非空直接返回，减少synchronized浪费性能
第二个if防止生成多个实例

懒汉式 静态内部类

public class Singleton{
    // 静态内部类只会被加载一次，故 instance 单例且线程安全
    private static class SingletonHolder {
        private static final Singleton instance = new Singleton();
    }
    // getInstance()方法调用时才加载静态内部类
    public static final Singleton getInstance(){
        return SingletonHolder.instance;
    }
}

二、饿汉式

• static：第一次加载类到内存中时就会初始化
• final ：保持引用变量instance指向值不变

public class Singleton{
    // 饿汉式
    private static final Singleton instance = new Singleton();
    public static Singleton getInstance(){
        return instance;
    }
}

三、枚举

public class Singleton{
    /**
     *枚举类型是线程安全的，并且只会装载一次
     */
    public enum SingletonEnum{
        INSTANCE;
        private final Singleton instance;
        SingletonEnum(){
            instance = new Singleton();
        }
        private Singleton getInstance(){
            return instance;
        }
    }

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