JAVA设计模式之单例模式

JAVA设计模式之单例模式：单例设计模式是一种创建型模式，指某个类采用Singleton模式，则在这个类被创建后，只可能产生一个实例供外部访问，并且提供一个全局的访问点。

核心知识点如下：

(1) 将采用单例设计模式的类的构造方法私有化（采用private修饰）。

(2) 在其内部产生该类的实例化对象，并将其封装成private static类型。

(3) 定义一个静态方法返回该类的实例。

/** 
 * 方法一
 * 单例模式的实现：饿汉式,线程安全 但效率比较低 
 */  
public class SingletonTest {  

    // 定义一个私有的构造方法
    private SingletonTest() {  
    }  

    // 将自身的实例对象设置为一个属性,并加上Static和final修饰符
    private static final SingletonTest instance = new SingletonTest();  

    // 静态方法返回该类的实例
    public static SingletonTest getInstancei() {  
        return instance;  
    }  

}

方法一就是传说的中的饿汉模式
优点是：写起来比较简单，而且不存在多线程同步问题，避免了synchronized所造成的性能问题；
缺点是：当类SingletonTest被加载的时候，会初始化static的instance，静态变量被创建并分配内存空间，从这以后，这个static的instance对象便一直占着这段内存（即便你还没有用到这个实例），当类被卸载时，静态变量被摧毁，并释放所占有的内存，因此在某些特定条件下会耗费内存。

/**  
 *方法二
 * 单例模式的实现：饱汉式,非线程安全   
 *   
 */  
public class SingletonTest {

    // 定义私有构造方法（防止通过 new SingletonTest()去实例化）
    private SingletonTest() {   
    }   

    // 定义一个SingletonTest类型的变量（不初始化，注意这里没有使用final关键字）
    private static SingletonTest instance;   

    // 定义一个静态的方法（调用时再初始化SingletonTest，但是多线程访问时，可能造成重复初始化问题）
    public static SingletonTest getInstance() {   
        if (instance == null)   
            instance = new SingletonTest();   
        return instance;   
    }   
} 

方法二就是传说的中的懒汉模式
优点是：写起来比较简单，当类SingletonTest被加载的时候，静态变量static的instance未被创建并分配内存空间，当getInstance方法第一次被调用时，初始化instance变量，并分配内存，因此在某些特定条件下会节约了内存；
缺点是：并发环境下很可能出现多个SingletonTest实例。

/**  
 *方法三
 * 单例模式的实现：饱汉式,线程安全简单实现   
 *   
 */  
public class SingletonTest {

    // 定义私有构造方法（防止通过 new SingletonTest()去实例化）
    private SingletonTest() {   
    }   

    // 定义一个SingletonTest类型的变量（不初始化，注意这里没有使用final关键字）
    private static SingletonTest instance;   

    // 定义一个静态的方法（调用时再初始化SingletonTest，使用synchronized 避免多线程访问时，可能造成重的复初始化问题）
    public static synchronized  SingletonTest getInstance() {   
        if (instance == null)   
            instance = new SingletonTest();   
        return instance;   
    }   
} 

方法三为方法二的简单优化
优点是：使用synchronized关键字避免多线程访问时，出现多个SingletonTest实例。
缺点是：同步方法频繁调用时，效率略低。

/**  
 * 方法四
 * 单例模式最优方案
 * 线程安全  并且效率高  
 *  
 */  
public class SingletonTest { 

    // 定义一个私有构造方法
    private SingletonTest() { 

    }   
    //定义一个静态私有变量(不初始化，不使用final关键字，使用volatile保证了多线程访问时instance变量的可见性，避免了instance初始化时其他变量属性还没赋值完时，被另外线程调用)
    private static volatile SingletonTest instance;  

    //定义一个共有的静态方法，返回该类型实例
    public static SingletonTest getIstance() { 
        // 对象实例化时与否判断（不使用同步代码块，instance不等于null时，直接返回对象，提高运行效率）
        if (instance == null) {
            //同步代码块（对象未初始化时，使用同步代码块，保证多线程访问时对象在第一次创建后，不再重复被创建）
            synchronized (SingletonTest.class) {
                //未初始化，则初始instance变量
                if (instance == null) {
                    instance = new SingletonTest();   
                }   
            }   
        }   
        return instance;   
    }   
}

方法四为单例模式的最佳实现。内存占用地，效率高，线程安全，多线程操作原子性。

饿汉式和懒汉式区别

从名字上来说，饿汉和懒汉，

饿汉就是类一旦加载，就把单例初始化完成，保证getInstance的时候，单例是已经存在的了，

而懒汉比较懒，只有当调用getInstance的时候，才回去初始化这个单例。

另外从以下两点再区分以下这两种方式：

1、线程安全：

饿汉式天生就是线程安全的，可以直接用于多线程而不会出现问题，

懒汉式本身是非线程安全的，为了实现线程安全有几种写法，分别是上面的1、2、3，这三种实现在资源加载和性能方面有些区别。

2、资源加载和性能：

饿汉式在类创建的同时就实例化一个静态对象出来，不管之后会不会使用这个单例，都会占据一定的内存，但是相应的，在第一次调用时速度也会更快，因为其资源已经初始化完成，

而懒汉式顾名思义，会延迟加载，在第一次使用该单例的时候才会实例化对象出来，第一次调用时要做初始化，如果要做的工作比较多，性能上会有些延迟，之后就和饿汉式一样了。

至于1、2、3这三种实现又有些区别，

第1种，在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99%的情况下是不需要同步的，

第2种，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

第3种，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。

什么是线程安全？

如果你的代码所在的进程中有多个线程在同时运行，而这些线程可能会同时运行这段代码。如果每次运行结果和单线程运行的结果是一样的，而且其他的变量的值也和预期的是一样的，就是线程安全的。

或者说：一个类或者程序所提供的接口对于线程来说是原子操作，或者多个线程之间的切换不会导致该接口的执行结果存在二义性,也就是说我们不用考虑同步的问题，那就是线程安全的。