单例模式——应用最广的模式
导语
单例模式是应用最广的模式，在应用这个模式时，单例对象的类必须保证只有一个实例存在。许多时候整个系统只需要拥有一个全局对象，这样有利于我们协调系统整体的行为。
主要内容
- 单例模式的定义
- 单例模式的使用场景
- 单例模式的UML类图
- 单例模式的实现方式
具体内容
单例模式的定义
确保某一个类只有一个实例，而且自行实例化并向整个系统提供这个实例。
单例模式的使用场景
他的作用是确保某个类只有一个实例，避免产生多个对象消耗过多的资源，或者某个类型的对象只应该有一个。例如，创建一个对象需要消耗的资源过多，如要访问IO和数据库等资源，这时就要考虑使用单例模式。
单例模式的UML类图
单例模式的UML类图如下所示。
单例模式的UML类图
角色介绍：
- Client——高层客户端。
- Singleton——单例类。
实现单例模式主要关键点：
- 构造函数不对外开放，一般为Private。
- 通过一个静态方法或者枚举返回单例类对象。
- 确保单例类的对象有且只有一个，尤其是在多线程环境下。
- 确保单例类对象在反序列化时不会重新构建对象。
单例模式的实现方式
单例模式的实现有如下几种：
推荐使用DCL单例（双重检查锁定）和静态内部类单例模式。
- 饿汉模式
- 懒汉模式（线程不安全）
- 懒汉模式（线程安全）
- DCL单例（双重检查锁定）
- 静态内部类单例模式
- 枚举单例
- 使用容器实现单例模式
饿汉模式
public class Singleton {
private static Singleton instance = new Singleton();
private Singleton(){
}
public static Singleton getInstance() {
return instance;
}
}
这种写法是在类装载时就实例化instance，他避免了多线程的同步问题。但是不能保证有别的方式去装载，没有达到懒加载（延迟加载）。
懒汉模式（线程不安全）
public class Singleton {
private static Singleton instance;
private Singleton (){
}
public static Singleton getInstance() {
if(instance == null) {
instance = new Singleton();
}
return instance;
}
}
达到了懒加载，但是在多线程不能正常工作。
懒汉模式（线程安全）
public class Singleton {
private static Singleton instance;
private Singleton(){
}
public static synchronized Singleton getInstance() {
if(instance == null) {
instance = new Singleton();
}
return instance;
}
}
这种写法能够在多线程中很好的工作，但是每次调用getInstance方法都会进行同步，反应稍慢，还会造成不必要的开销，所以者这种不建议使用。
DCL单例（双重检查锁定）
public class Singleton {
private volatile static Singleton singleton;
private Singleton(){
}
public static Singleton getSingleton() {
if(singleton == null) {
synchronized(Singleton.class) {
if(singleton == null) {
singleton = new Singleton();
}
}
}
return singleton;
}
}
这种写法在getSingleton方法中对singleton进行了两次判空，第一次是为了不必要的同步，第二次是为了在null的情况下创建实例。我们会发现上面代码有一个volatile关键字，因为在这里会有DCL失效问题，原因是Java编译器允许处理器乱序执行。那么为了解决这个问题，在JDK1.5之后，具体化了volatile关键字，只要定义时加上他，可以保证执行的顺序，虽然会影响性能。这种方式第一次加载时会稍慢，在高并发环境会有缺陷，但是一般能够满足需求。
静态内部类单例模式
public class Singleton {
private Singleton(){
}
public static final Singleton getInstance() {
return SingletonHolder.INSTANCE;
}
/**
*静态内部类
*/
private static class SingletonHolder {
private static final Singleton INSTANCE = new Singleton();
}
}
这种是推荐使用的单例模式实现方式。当第一次加载Singleton类时并不会初始化INSTANCE，只有在第一次调用getInstance方法时才会导致INSTANCE被初始化。这种方式不仅能够保证线程安全，也能保证单例对象的唯一性，同时也延长了单例的实例化。
使用容器实现单例模式
public class SingletonManager {
private static Map<String, Object> objMap = new HashMap<String,Object>();
private Singleton() {
}
public static void registerService(String key, Objectinstance) {
if(!objMap.containsKey(key) ) {
objMap.put(key, instance) ;
}
}
public static ObjectgetService(String key) {
return objMap.get(key) ;
}
}
将多种单例类型注入到一个统一的管理类中，在使用时根据key获取对象对应类型的对象。这种方式使得我们可以管理多种类型的单例，并且在使用时可以通过统一的接口进行获取操作，降低了用户的使用成本，也对用户隐藏了具体实现，降低了耦合度。
总结
单例模式是运用频率很高的模式，但是，由于在客户端通常没有高并发的情况，因此，选择哪种实现方式都不会有太大的影响。即使如此，出于效率考虑，推荐使用DCL单例（双重检查锁定）和静态内部类单例模式。
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优点：
- 由于单例模式在内存中只有一个实例，减少了内存开支，特别是一个对象需要频繁的创建、销毁时，而且创建或销毁时性能又无法优化，单例模式的优势就非常明显。
- 单例模式可以避免对资源的多重占用，例如一个文件操作，由于只有一个实例存在内存中，避免对同一资源文件的同时操作。
- 单例模式可以在系统设置全局的访问点，优化和共享资源访问，例如，可以设计一个单例类，负责所有数据表的映射处理。
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缺点：
- 单例模式一般没有接口，扩展很困难，若要扩展，只能修改代码来实现。
- 单例对象如果持有Context，那么很容易引发内存泄露。此时需要注意传递给单例对象的Context最好是Application Context。
