单例模式

定义

单例模式确保一个类只有一个实例，并提供一个全局访问点。

类图

单例模式类图

单例模式只涉及一个类Singleton，为了防止类被无限实例化，必须将其构造函数设为私有，这样只有在类的内部才能创建其实例。因此在类的内部存在该类的私有的实例变量，如果要使用该类的实例，可以通过用类名调用静态方法getInstance()获取此类的唯一实例。
经典的单例模式：

public class Singleton {
    private static Singleton uniqueInstance;
    private Singleton(){};
    public static Singleton getInstance(){//延迟实例化，只有在需要时才创建此类对象
        if(uniqueInstance==null){//只有第一次调用才会创建对象，其他都不用
            uniqueInstance=new Singleton();
        }
        return uniqueInstance;
    }
}

剖析经典单例模式

单例模式看似简单，但是却存在一个问题：如果有不止一个线程调用getInstance()方法，可能会创建不止一个该类的对象，这与单例模式本省是矛盾的。解决该问题的方法有：

• 将getInstance()方法变成同步方法，这样可以确保一次只有一个线程进入该方法。

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

但是，我们知道，只有第一次调用方法时需要同步，一旦其将实例变量初始化之后，同步就会变成累赘。

• 直接在定义实例变量时进行初始化，不再使用延迟实例化。

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

如果我们总是需要这个单件实例，或者在创建和运行时方面的负担不太严重，可以使用该方法。

• 使用双重检查加锁，首先检查实例是否已经创建，如果没有创建，才进行同步。

public class Singleton {
    private volatile static Singleton uniqueInstance;
    private Singleton(){};
    public static Singleton getInstance(){
        if(uniqueInstance==null){//第一重检查，对象没有被创建才进入同步代码块
            synchronized(Singleton.class){
            if(uniqueInstnce==null){//第二重检查，确保对象没有创建
                uniqueInstance=new Singleton();
            }
        }
        return uniqueInstance;
    }
}

使用volatile关键字，确保了多线程的可见性，即
读volatile：每当子线程某一语句要用到volatile变量时，都会从主线程重新拷贝一份，这样就保证子线程的会跟主线程的一致。
写volatile: 每当子线程某一语句要写volatile变量时，都会在读完后同步到主线程去，这样就保证主线程的变量及时更新。
同时，也防止内存平台的反序列化，即可以先分配内存（此时uniqueInstance已经不为null），再调用构造函数。
但是，使用volatile关键字会导致性能下降，一般不用此方法。

• 使用静态内部类。

public class Singleton {
    private static class Instance{
        private static Singleton uniqueInstance=new Singleton();
    }
    private Singleton(){};
    public static synchronized Singleton getInstance(){
        return Instance.uniqueInstance;
    }
}

即实现了延迟实例化，又确保了线程安全。

• 使用枚举

public enum Singleton{
     uniqueInstance;
}

创建枚举默认就是线程安全的，而且还能防止反序列化导致重新创建新的对象。

总结

单例模式看似简单，但是其中涉及的问题非常复杂并且经典，值得好好研究。