作者：阿木俠；
來源：Java知音
23種設計模式（1）-單例模式


定義：

單例模式，是一種常用的軟件設計模式。在它的核心結構中只包含一個被稱爲單例的特殊類。通過單例模式可以保證系統中一個類只有一個實例。即一個類只有一個對象實例。

特點：

1、單例類只能有一個實例。

2、單例類必須自己自己創建自己的唯一實例。

3、單例類必須給所有其他對象提供這一實例

單例模式的要點：

1，私有的構造方法

2，指向自己實例的私有靜態引用

3，以自己實例爲返回值的靜態的公有的方法

單例模式根據實例化對象時機的不同分爲兩種：

一種是餓漢式單例，一種是懶漢式單例。

餓漢式單例在單例類被加載時候，就實例化一個對象交給自己的引用；而懶漢式在調用取得實例方法的時候纔會實例化對象。

代碼如下：

餓漢式單例

public class Singleton { 
 private static Singleton singleton = new Singleton(); 
 private Singleton(){} 
 public static Singleton getInstance(){ 
 return singleton; 
 } 
}


懶漢式單例

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


單例模式還有一種比較常見的形式：雙重鎖的形式

public class Singleton{ 
 private static volatile Singleton instance=null; 
 private Singleton(){ 
 //do something
 } 
 public static Singleton getInstance(){ 
 if(instance==null){ 
 synchronized(SingletonClass.class){ 
 if(instance==null){
 instance=new Singleton();
 }
 }
 } 
 return instance;
 }
}


這個模式將同步內容下方到if內部，提高了執行的效率，不必每次獲取對象時都進行同步，只有第一次才同步，創建了以後就沒必要了。

這種模式中雙重判斷加同步的方式，比第一個例子中的效率大大提升，因爲如果單層if判斷，在服務器允許的情況下，假設有一百個線程，耗費的時間爲100*（同步判斷時間+if判斷時間），而如果雙重if判斷，100的線程可以同時if判斷，理論消耗的時間只有一個if判斷的時間。

所以如果面對高併發的情況，而且採用的是懶漢模式，最好的選擇就是雙重判斷加同步的方式。

單例模式的優點：

1，在內存中只有一個對象，節省內存空間。

2，避免頻繁的創建銷燬對象，可以提高性能。

3，避免對共享資源的多重佔用。

4，可以全局訪問。

單例模式的優點：

1，擴展困難，由於getInstance靜態函數沒有辦法生成子類的實例。如果要拓展，只有重寫那個類。

2，隱式使用引起類結構不清晰。

3，導致程序內存泄露的問題。

適用場景：

由於單例模式的以上優點，所以是編程中用的比較多的一種設計模式。以下爲使用單例模式的場景：

1，需要頻繁實例化然後銷燬的對象。

2，創建對象時耗時過多或者耗資源過多，但又經常用到的對象。

3，資源共享的情況下，避免由於資源操作時導致的性能或損耗等

4，控制資源的情況下，方便資源之間的互相通信。

單例模式注意事項：

只能使用單例類提供的方法得到單例對象，不要使用反射，否則將會實例化一個新對象。

不要做斷開單例類對象與類中靜態引用的危險操作。

多線程使用單例使用共享資源時，注意線程安全問題。

關於Java中單例模式的一些常見問題：

單例模式的對象長時間不用會被jvm垃圾收集器收集嗎

除非人爲地斷開單例中靜態引用到單例對象的聯接，否則jvm垃圾收集器是不會回收單例對象的。

jvm卸載類的判定條件如下：

1，該類所有的實例都已經被回收，也就是java堆中不存在該類的任何實例。

2，加載該類的ClassLoader已經被回收。

3，該類對應的java.lang.Class對象沒有任何地方被引用，無法在任何地方通過反射訪問該類的方法。

只有三個條件都滿足，jvm纔會在垃圾收集的時候卸載類。顯然，單例的類不滿足條件一，因此單例類也不會被回收。

在一個jvm中會出現多個單例嗎

在分佈式系統、多個類加載器、以及序列化的的情況下，會產生多個單例，這一點是無庸置疑的。那麼在同一個jvm中，會不會產生單例呢？使用單例提供的getInstance()方法只能得到同一個單例，除非是使用反射方式，將會得到新的單例。

代碼如下：

Class c = Class.forName(Singleton.class.getName()); 
Constructor ct = c.getDeclaredConstructor(); 
ct.setAccessible(true); 
Singleton singleton = (Singleton)ct.newInstance();


這樣，每次運行都會產生新的單例對象。所以運用單例模式時，一定注意不要使用反射產生新的單例對象。

在getInstance()方法上同步有優勢還是僅同步必要的塊更優優勢？

因爲鎖定僅僅在創建實例時纔有意義，然後其他時候實例僅僅是隻讀訪問的，因此只同步必要的塊的性能更優，並且是更好的選擇。

缺點：只有在第一次調用的時候，纔會出現生成2個對象，才必須要求同步。而一旦singleton 不爲null，系統依舊花費同步鎖開銷，有點得不償失。

單例類可以被繼承嗎

根據單例實例構造的時機和方式不同，單例模式還可以分成幾種。但對於這種通過私有化構造函數，靜態方法提供實例的單例類而言，是不支持繼承的。

這種模式的單例實現要求每個具體的單例類自身來維護單例實例和限制多個實例的生成。但可以採用另外一種實現單例的思路：登記式單例，來使得單例對繼承開放。

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