知识点四： 单例模式
一、概述
单例模式（Singleton Pattern）是 Java 中最简单的设计模式之一。它属于23种GOF设计模式的创建型设计模式 ，它提供了一种创建对象的最佳方式。
这种模式涉及到一个单一的类，该类负责创建自己的对象，同时确保只有单个对象被创建。这个类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。
- 保证一个类仅有一个实例，并提供一个访问它的全局访问点。 避免一个全局使用的类频繁地创建与销毁。
实现的关键代码是构造函数私有化。
懒汉式
因为懒汉比较懒，只有当调用getInstance的时候，才回去初始化这个单例
饿汉式
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。
二、优缺点及使用场景
优点：
- 在内存里只有一个实例，减少了内存的开销，尤其是频繁的创建和销毁实例。
- 避免对资源的多重占用（比如写文件操作）。
缺点：
- 没有接口，不能继承，与单一职责原则冲突，一个类应该只关心内部逻辑，而不关心外面怎么样来实例化。
使用场景：
- 需要频繁的进行创建和销毁的对象；
- 创建对象时耗时过多或耗费资源过多，但又经常用到的对象；
- 工具类对象；
- 频繁访问数据库或文件的对象。
三、实现方式
四、单例模式的几种实现方式
单例模式的实现有多种方式
注：※ 代表尽量不用
※※ 代表不推荐用
※※※ 代表建议使用
※※※※ 代表推荐使用
1.懒汉式，线程不安全，※
是否 Lazy Loading ：是
是否多线程安全：否
实现难度：易
描述：这种写法起到了Lazy Loading的效果，但是只能在单线程下使用。如果在多线程下，一个线程进入了if (singleton == null)判断语句块，还未来得及往下执行，另一个线程也通过了这个判断语句，这时便会产生多个实例。所以在多线程环境下不可使用这种方式。
/**
* @Description: 懒汉式,线程不安全
* @Author: Ling.D.S
* @Date: Created in 2018/11/6 20:53
*/
public class Singleton01 {
private static Singleton01 singleton01;
private Singleton01() {
System.out.println("我是线程不安全的单例");
}
public static Singleton01 getInstance() {
if (singleton01 == null) {
singleton01 = new Singleton01();
}
return singleton01;
}
}
class MainClass{
public static void main(String[] args) {
Singleton01 instance = Singleton01.getInstance();
}
}
2.懒汉式，线程安全，同步方法，※※
是否 Lazy Loading ：是
是否多线程安全：是
实现难度：易
描述：解决上面实现方式的线程不安全问题，做个线程同步就可以了，于是就对getInstance()方法进行了线程同步。
缺点：效率太低了，每个线程在想获得类的实例时候，执行getInstance()方法都要进行同步。而其实这个方法只执行一次实例化代码就够了，后面的想获得该类实例，直接return就行了。方法进行同步效率太低要改进。
/**
* @Description: 懒汉式，线程安全，同步方法
* @Author: Ling.D.S
* @Date: Created in 2018/11/6 20:57
*/
public class Singleton02 {
private static Singleton02 singleton02;
private Singleton02() {
System.out.println("我是线程安全使用同步方法的单例");
}
public static synchronized Singleton02 getInstance() {
if (singleton02 == null) {
singleton02 = new Singleton02();
}
return singleton02;
}
}
class MainClass02{
public static void main(String[] args) {
Singleton02 instance = Singleton02.getInstance();
}
}
3.懒汉式，线程安全，同步代码块，※
是否 Lazy Loading ：是
是否多线程安全：是
实现难度：易
描述：由于第二种实现方式同步效率太低，所以摒弃同步方法，改为同步产生实例化的的代码块。但是这种同步并不能起到线程同步的作用。跟第一种实现方式遇到的情形一致，假如一个线程进入了if (singleton == null)判断语句块，还未来得及往下执行，另一个线程也通过了这个判断语句，这时便会产生多个实例。
/**
* @Description: 懒汉式，线程安全，同步代码块
* @Author: Ling.D.S
* @Date: Created in 2018/11/6 21:04
*/
public class Singleton03 {
private static Singleton03 singleton03;
private Singleton03() {
System.out.println("我是线程安全使用了同步代码块的单例");
}
public static Singleton03 getInstance() {
if (singleton03 == null) {
synchronized (Singleton03.class) {
singleton03 = new Singleton03();
}
}
return singleton03;
}
}
class MainClass03{
public static void main(String[] args) {
Singleton03 instance = Singleton03.getInstance();
}
}
4.饿汉式，静态常量，※※※
是否 Lazy Loading ：否
是否多线程安全：是
实现难度：易
描述：优点：这种写法比较简单，就是在类装载的时候就完成实例化。避免了线程同步问题。
缺点：在类装载的时候就完成实例化，没有达到Lazy Loading的效果。如果从始至终从未使用过这个实例，则会造成内存的浪费。
/**
* @Description: 饿汉式，静态常量
* @Author: Ling.D.S
* @Date: Created in 2018/11/6 21:08
*/
public class Singleton04 {
private final static Singleton04 INSTANCE = new Singleton04();
private Singleton04(){
System.out.println("我是单例");
}
public static Singleton04 getInstance(){
return INSTANCE;
}
}
class MainClass04{
public static void main(String[] args) {
Singleton04 instance = Singleton04.getInstance();
}
}
5.饿汉式，静态代码块，※※※
是否 Lazy Loading ：否
是否多线程安全：是
实现难度：易
描述：这种方式和上面的方式其实类似，只不过将类实例化的过程放在了静态代码块中，也是在类装载的时候，就执行静态代码块中的代码，初始化类的实例。优缺点和上面是一样的。
/**
* @Description: 饿汉式，静态代码块
* @Author: Ling.D.S
* @Date: Created in 2018/11/6 21:08
*/
public class Singleton05 {
private static Singleton05 instance;
static {
instance = new Singleton05();
}
private Singleton05() {
System.out.println("我是单例");
}
public static Singleton05 getInstance() {
return instance;
}
}
class MainClass05{
public static void main(String[] args) {
Singleton05 instance = Singleton05.getInstance();
}
}
6.双检锁/双重校验锁（DCL，即 double-checked locking），※※※※
JDK 版本：JDK1.5 起
是否 Lazy 初始化：是
是否多线程安全：是
实现难度：较复杂
描述：这种方式采用双锁机制，安全且在多线程情况下能保持高性能。 getInstance() 的性能对应用程序很关键。
/**
* @Description: 双检锁/双重校验锁（DCL，即 double-checked locking）
* @Author: Ling.D.S
* @Date: Created in 2018/11/6 21:09
*/
public class Singleton06 {
private volatile static Singleton06 singleton06;
private Singleton06 (){
System.out.println("我是单例");
}
public static Singleton06 getInstance() {
if (singleton06 == null) {
synchronized (Singleton06.class) {
if (singleton06 == null) {
singleton06 = new Singleton06();
}
}
}
return singleton06;
}
}
class MainClass06{
public static void main(String[] args) {
Singleton06 instance = Singleton06.getInstance();
}
}
7.登记式/静态内部类，※※※※
是否 Lazy 初始化：是
是否多线程安全：是
实现难度：一般
描述：这种方式跟饿汉式方式采用的机制类似，但又有不同。两者都是采用了类装载的机制来保证初始化实例时只有一个线程。不同的地方在饿汉式方式是只要Singleton类被装载就会实例化，没有Lazy-Loading的作用，而静态内部类方式在Singleton类被装载时并不会立即实例化，而是在需要实例化时，调用getInstance方法，才会装载SingletonInstance类，从而完成Singleton的实例化。
类的静态属性只会在第一次加载类的时候初始化，所以在这里，JVM帮助我们保证了线程的安全性，在类进行初始化时，别的线程是无法进入的。
优点：避免了线程不安全，延迟加载，效率高。
/**
* @Description: 登记式/静态内部类
* @Author: Ling.D.S
* @Date: Created in 2018/11/6 21:09
*/
public class Singleton07 {
private static class SingletonInstance {
private static final Singleton07 INSTANCE = new Singleton07();
}
private Singleton07() {
System.out.println("我是单例");
}
public static final Singleton07 getInstance() {
return SingletonInstance.INSTANCE;
}
}
class MainClass07 {
public static void main(String[] args) {
Singleton07 instance = Singleton07.getInstance();
}
}
8.枚举，※※※※
JDK 版本：JDK1.5 起
是否 Lazy 初始化：否
是否多线程安全：是
实现难度：易
描述：这种实现方式还没有被广泛采用，但这是实现单例模式的最佳方法。它更简洁，自动支持序列化机制，绝对防止多次实例化。 这种方式是 Effective Java 作者 Josh Bloch 提倡的方式，它不仅能避免多线程同步问题，而且还自动支持序列化机制，防止反序列化重新创建新的对象，绝对防止多次实例化。不过，由于 JDK1.5 之后才加入 enum 特性，用这种方式写不免让人感觉生疏，在实际工作中，也很少用。 不能通过 reflection attack 来调用私有构造方法。
/**
* @Description: 枚举实现
* 说实话,这个实现看完我就怀疑人生了,什么玩意,这就实现了?这是什么鬼啊,然后尝试着运行一次,果然可以
* @Author: Ling.D.S
* @Date: Created in 2018/11/6 21:09
*/
public enum Singleton08 {
INSTANCE;
private Singleton08(){
System.out.println("测试加载,可以省略");
}
public void whateverMethod() {
System.out.println("枚举单例");
}
}
class MainClass08{
public static void main(String[] args) {
Singleton08 instance = Singleton08.INSTANCE;
instance.whateverMethod();
}
}
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