单例(Singleton)设计模式

1.单例模式的概念及实现思路

所谓类的单例设计模式，就是采取一定的方法保证在整个的软件系统中，对某个类只能存在一个对象实例，并且该类只提供一个取得其对象实例的方法。
如果我们要让类在一个虚拟机中只能产生一个对象，我们首先必须将类的构造器的访问权限设置为private，这样，就不能用new操作符在类的外部产生类的对象了，但在类内部仍可以产生该类的对象。因为在类的外部开始还无法得到类的对象，只能调用该类的某个静态方法以返回类内部创建的对象，静态方法只能访问类中的静态成员变量，所以，指向类内部产生的该类对象的变量也必须定义成静态的。

2.单例模式的两种实现模式

2.1 饿汉式

饿汉式：

• 特点：立即加载，即在使用类的时候已经将对象创建完毕。
• 优点：实现起来简单；没有多线程安全问题。
• 缺点：当类被加载的时候，会初始化static的实例，静态变量被创建并分配内存空间，从这以后，这个static的实例便一直占着这块内存，直到类被卸载时，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。

class Singleton {
    // 1.私有化构造器
    private Singleton() {
    }

    // 2.内部提供一个当前类的实例
    // 4.此实例也必须静态化
    private static Singleton single = new Singleton();

    // 3.提供公共的静态的方法，返回当前类的对象
    public static Singleton getInstance() {
        return single;
    }
}

2.2 懒汉式

懒汉式：

• 特点：延迟加载，即在调用静态方法时实例才被创建。
• 优点：实现起来比较简单；当类被加载的时候，static的实例未被创建并分配内存空间，当静态方法第一次被调用时，初始化实例变量，并分配内存，因此在某些特定条件下会节约内存。
• 缺点：在多线程环境中，这种实现方法是完全错误的，线程不安全，根本不能保证单例的唯一性。
• 说明：在多线程章节，会将懒汉式改造成线程安全的模式。

class Singleton {
    // 1.私有化构造器
    private Singleton() {
    }
    // 2.内部提供一个当前类的实例
    // 4.此实例也必须静态化
    private static Singleton single;
    // 3.提供公共的静态的方法，返回当前类的对象
    public static Singleton getInstance() {
        if(single == null) {
            single = new Singleton();
        }
        return single;
    }
}

2.3 线程安全的懒汉式

由于懒汉式是在调用方法时才创建对象，所以存在线程安全问题，可以使用synchronized同步方法或者同步代码块解决线程安全问题

class Singleton {
    private Singleton() {
    }
    // 为了避免指令重排，添加volatile 关键字
    private static volatile Singleton single;
    // 实现线程安全的方式一, 同步方法
    public static Singleton getInstance() {  // 静态同步方法的监视器为Bank.class
        if(single == null) {
            single = new Singleton();
        }
        return single;
    }
    // 实现线程安全的方式二，同步代码块
    public static Singleton getInstance(){
        if (instance == null){
            synchronized (Singleton.class){
                if (instance == null){
                    try {
                        Thread.sleep(1000);
                    } catch (InterruptedException e) {
                        e.printStackTrace();
                    }
                    instance = new Bank();
                }
            }
        }
        return instance;
    }
}

优点及应用场景

由于单例模式只生成一个实例，减少了系统性能开销，当一个对象的产生需要比较多的资源时，如读取配置、产生其他依赖对象时，则可以通过在应用启动时直接产生一个单例对象，然后永久驻留内存的方式来解决。 应用场景

• Windows的Task Manager (任务管理器)就是很典型的单例模式

• Windows的Recycle Bin (回收站)也是典型的单例应用。在整个系统运行过程中，回收站一直维护着仅有的一个实例。

• Application 也是单例的典型应用

• 应用程序的日志应用，一般都使用单例模式实现，这一般是由于共享的日志文件一直处于打开状态，因为只

能有一个实例去操作，否则内容不好追加。

• 数据库连接池的设计一般也是采用单例模式，因为数据库连接是一种数据库资源。