設計模式:單例模式

什么是單例模式

單例模式（Singleton Pattern）是一個比較簡單的模式，實際應用很廣泛，比如 Spring 中的Bean實體就是一個單例物件，
定義：確保某一個類只有一個實體，而且自行實體化并向整個系統提供這個實體，

單例模式的優缺點

優點

只有一個實體，減少了記憶體的開銷，尤其是頻繁的創建和銷毀實體，
單例模式可以避免對資源的多重占用，例如一個寫檔案動作，由于只有一個實體存在記憶體中，避免對同一個資源檔案的同時寫操作，
單例模式可以在系統設定全域的訪問點，優化和共享資源訪問，例如可以設計一個單例類，負責所有資料表的映射處理，

缺點

單例模式一般沒有介面，很難擴展（根據環境而定），
單例模式與單一職責原則有沖突，一個類應該只實作一個邏輯，而不關心是否是單例的，

單例模式的實作

單例模式有很多的實作方式，但是各種實作的方式都有其優缺點，下面來看看各種的實作方式，
單例模式的實作滿足以下幾點：
- 構造方法私有，
- 有一個靜態方法獲取該類的實體，
- 該類保證只有一個實體，

懶漢式

懶漢式是當用到這個物件的時候才會創建，
懶漢式，在需要單例模式類實體時它才創建出來給你（因為很懶），
優點：只有用到的時候才會創建這個物件，因此節省資源，
簡單的實作如下:

/**
  *Singleton類，單例模式類，在類加載時便會創建一個私有靜態變數instance，也就是該類的實
  *例，再通過公共介面getInstance()來發布該實體
  */
public class Singleton {  
    private static Singleton instance;
    //私有化構造方法防止外界new物件
    private Singleton (){
        
    }  
  	//公有化靜態函式,對外暴露單例物件的介面
    public static Singleton getInstance() {  
    	if (instance == null) {  
        instance = new Singleton();  
    	}  
    	return instance;  
    }  
}

但是這種方式并不能保證這是唯一的單例,在高并發訪問下,多個執行緒同時訪問到這個單例時,還是有可能不能保證這個類就是單例的

為了保證執行緒安全,我們可以加鎖,給這個getInstance()方法加上執行緒同步鎖synchronize具體實作如下:

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

但是這種方式一旦加鎖,雖然可以保證其實單例且執行緒安全的,但是在高并發訪問下性能必然是受到影響,多個執行緒都需要用到該單例時,就無法保證速度,需要同步地等待這個單例使用完回到JVM中的堆區(Heap)才可以繼續使用這個單例,效率十分的低，

還有一種是雙重檢查式,兩次判斷

Double Check Lock(DCL)方式實作單例模式

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

我們可以看到getInstance中對instance進行了兩次判斷是否為空,第一次判斷主要是為了避免不必要的同步問題,第二次判斷則是為了在null的情況下創建實體,因為在某些情況下會出現失效問題即DCL失效問題,可以使用volatile關鍵字處理這個問題,但是同樣的,使用了volatile關鍵字也會對性能有一定的影響，但是優點在于資源利用率高,第一次執行getInstance時物件才被實體化,但是DCL也因為第一次加載時反應慢,所以在高并發情況下也會有一定的缺陷，

餓漢式

餓漢式和懶漢式恰巧相反，在類加載的時候就創建實體，
單例模式類迫不及待的想要創建實體了（因為餓了）
優點：還沒用到就創建，浪費資源，
缺點：在類加載的時候就創建，執行緒安全，
實作如下：

/**
  *這種方式在類加載時就完成了初始化，所以類加載較慢，但是獲取物件的速度快，這種方式
  *基于類加載機制，避免了多執行緒的同步問題，如果從來沒有使用過這個實體，則會造成記憶體
  *的浪費，
  */
public class Singleton {  
    private static Singleton instance = new Singleton();  
    private Singleton (){
        
    }  
    public static Singleton getInstance() {  
    	return instance;  
    }  
}

匿名內部類/靜態內部類

利用靜態變數、靜態代碼塊、靜態方法都是在類加載的時候只加載一次的原理，
實作如下

public class Singleton {
    private static Singleton instance;
    //靜態塊在類加載時會被執行，也就創建了Singleton類實體
    static{
        instance = new Singleton();
    }
    private Singleton (){
    
    }  
    public static final Singleton getInstance() {  
    	return SingletonHolder.INSTANCE;  
    }  
}

/**
  *Java靜態內部類的特性是，加載的時候不會加載內部靜態類，使用的時候才會進行加載，
  *第一次加載Singleton類時并不會初始化sInstance，只有第一次呼叫getInstance方法時虛
  *擬機加載SingletonHolder并初始化sInstance，這樣不僅能確保執行緒安全，也能保證
  *Singleton類的唯一性，所以，推薦使用靜態內部類單例模式
  */
public class Singleton {  
    private static class SingletonHolder {  
    	private static final Singleton INSTANCE = new Singleton();  
    }
    private Singleton (){
    
    }  
    public static final Singleton getInstance() {  
    	return SingletonHolder.INSTANCE;  
    }  
}

列舉單例模式

/**
  *默認列舉實體的創建是執行緒安全的，并且在任何情況下都是單例，
  *列舉單例的有點就是簡單，缺點是可讀性不高，
  */
public enum Singleton {
    //外部呼叫由原來的Singleton.getInstance變成了Singleton.INSTANCE了，
    INSTANCE;
}

總結

單例模式是運用頻率很高的模式，在我們客戶端通常是沒有高并發的情況，所以選擇哪種方式并不會有太大的影響，出于效率考慮，推薦使用靜態內部類的單例模式和DCL的單例模式，

優點：

由于單例模式在記憶體中只有一個實體，減少記憶體開支，特別是一個物件需要頻繁創建、銷毀時，而且創建或銷毀時性能又無法優化，單例模式的優勢就十分明顯，
由于單例模式只生成一個實體，所以減少了系統的性能開銷，當一個物件的產生需要比較多的資源時，如讀取配置、產生其他依賴物件時，則可通過在應用啟動時直接產生一個單例物件，然后用永久駐留的方式解決，
單例模式可以避免對資源的多重占用，如一個檔案的操作，由于只有一個實體存在記憶體中，避免對同一個資源檔案的同時操作，
單例模式可以在系統設定全域的訪問點，優化和共享資源訪問，例如，可以設計一個單例類，負責所有資料表的映射處理，

缺點：

單例模式一般沒有介面，擴展很困難，除非修改代碼，
單例物件如果持有Context，那么很容易引發記憶體泄露，此時需要注意傳遞給單例物件的Context最好是Application Context，
不適合用于變化頻繁的物件；如果實體化的物件長時間不被利用，系統會認為該物件是垃圾而被回收，這可能會導致物件狀態的丟失；

使用場景

網站訪問量計數器，
專案中用于讀取組態檔的類，
Spring中，每個Bean默認都是單例的，這樣便于Spring容器進行管理，

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