设计模式(四)Singleton设计模式

Singleton单例模式是最简单的设计模式，它的主要作用是保证在程序运行生命周期中，使用了单例模式的类只能有一个实例对象存在。单例模式实现了类似 C语言 中全局变量的功能，单例模式常用于注册/查找的服务。

单例模式的UML图如下：

单例模式有两种实现方式：饱汉模式和饿汉模式，如下：

1.饱汉单例模式例子代码：

public class Singleton1{

    //饱汉模式，声明时就创建实例对象
    public static final Singleton1 instance = new Singleton1();

    //单类模式的构造方法必须为private，以避免通过构造方法创建对象实例，
    //并且必须显示声明构造方法，以防止使用默认构造方法
    private Singleton1(){}

    //单类模式必须对外提供获取实例对象的方法
    public static Singleton1 geInstance(){
        return instance;
    }

}
2.饿汉单例模式即延迟初始化单例方式，例子代码：


public class Singleton2{

    //饿汉模式，声明时不创建实例对象
    public static Singleton2 instance;

    //单类模式的构造方法必须为private，以避免通过构造方法创建对象实例，
    //并且必须显示声明构造方法，以防止使用默认构造方法
    private Singleton2(){}

    //单类模式必须对外提供获取实例对象的方法，延迟初始化的单类模式必须使用synchronized同步关键字，否则多线程情况下很容易产生多个实例对象
    public static synchronized Singleton2 geInstance(){
        //延迟初始化，只有当第一次使用时才创建对象实例
        if(instance == null){
            instance = new Singleton2();
        }
        return instance;
    }
}

一般认为饱汉模式要比饿汉模式更加安全。

上面两种Singleton单例 设计模式 的实现方式都隐藏有如下的问题：

(1).虽然构造方式的访问修饰符为private，即除了自身以外其他任何类都无法调用，但是通过反射机制的setAccessiable(true)方法可以访问私有方法和属性。因此Singleton单例模式必须考虑这种例外情况。

(2).对象序列化之后再反序列化时会生成新的对象，因此当Singleton单例模式类实现序列化接口时，必须显式声明所有的字段为tranisent，并且提供如下的readResolve方法来防止通过序列化破坏单态模式：



private Object readResolve(){
    return INSTANCE;
}

3.使用Lazy initialization holder class模式实现单态：


public class Singleton3 {  

    /** 
     * 类级的内部类，也就是静态的成员式内部类，该内部类的实例与外部类的实例 
     * 没有绑定关系，而且只有被调用到才会装载，从而实现了延迟加载 
     */  
    private static class SingletonHolder{   
        //静态初始化器，由JVM来保证线程安全 
        private static Singleton3 instance = new Singleton3();  
    }  

    //私有化构造方法  
    private Singleton3(){  
    }  

    public static  Singleton3 getInstance(){  
        return SingletonHolder.instance;  
    }  
}


当getInstance方法第一次被调用的时候，它第一次读取SingletonHolder.instance，导致SingletonHolder类得到初始化；而这个类在装载并被初始化的时候，会初始化它的静态域，从而创建Singleton的实例，由于是静态的域，因此只会被虚拟机在装载类的时候初始化一次，并由虚拟机来保证它的线程安全性。 
这个模式的优势在于，getInstance方法并没有被同步，并且只是执行一个域的访问，因此延迟初始化并没有增加任何访问成本。 

4.在JDK1.5之后引入了Enum枚举，因此在JDK1.5之后Singleton单例模式又有了第三种实现方式，也是最好的实现方式，例子如下：



public enum Singleton4{
    INSTANCE{
        public void doSomething(){
            ...
        }
    };
    public abstract void doSomething();  
}

Singleton单例模式中只有一个INSTANCE枚举元素，枚举可以保证真个程序生命周期中只有一个实例对象存在，同时还避免了常规Singleton单例模式private构造方法被反射调用和序列化问题(枚举提供了序列化保证机制，确保多次序列化和反序列化不会创建多个实例对象)。
注意：java中除了构造方法可以创建对象实例以外，还可以通过克隆方法(clone()是Object中的protected方法)来创建对象，若单例对象直接继承自Object对象，则如果没有提供具体clone方法实现，则当调用克隆方法创建对象时，会抛出运行时的异常CloneNotSupportedException。

若单例类继承了实现克隆方法的类，则在单例类中必须覆盖父类的克隆方法，显式抛出异常CloneNotSupportedException。

另外，实现了单例模式的类不能再有派生子类，因为构造方式是私有的，子类无法调用父类构造方法，因此达到了Final的效果。

JDK的中单例模式的应用：
java.lang.Runtime

单例模式的优点：
* 在内存中只有一个对象，节省内存空间。

* 避免频繁的创建销毁对象，可以提高性能。

* 避免对共享资源的多重占用。

* 可以全局访问。

适用场景：由于单例模式的以上优点，所以是编程中用的比较多的一种设计模式。我总结了一下我所知道的适合使用单例模式的场景：

* 需要频繁实例化然后销毁的对象。

* 创建对象时耗时过多或者耗资源过多，但又经常用到的对象。

* 有状态的 工具 类对象。

* 频繁访问数据库或文件的对象。

* 以及其他我没用过的所有要求只有一个对象的场景。

单例模式注意事项：

* 只能使用单例类提供的方法得到单例对象，不要使用反射，否则将会实例化一个新对象。

* 不要做断开单例类对象与类中静态引用的危险操作。

* 多线程使用单例使用共享资源时，注意线程安全问题。

关于 java 中单例模式的一些争议：

单例模式的对象长时间不用会被jvm垃圾收集器收集吗?

看到不少资料中说：如果一个单例对象在内存中长久不用，会被jvm认为是一个垃圾，在执行垃圾收集的时候会被清理掉。对此这个说法，我持怀疑态度我的观点是：在hotspot虚拟机1.6版本中，除非人为地断开单例中静态引用到单例对象的联接，否则jvm垃圾收集器是不会回收单例对象的。


在一个jvm中会出现多个单例吗?

在分布式系统、多个类加载器、以及序列化的的情况下，会产生多个单例，这一点是无庸置疑的。那么在同一个jvm中，会不会产生单例呢？使用单例提供的getInstance()方法只能得到同一个单例，除非是使用反射方式，将会得到新的单例。代码如下



复制代码

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

note:免费的才是最贵的