聊聊单例模式的应用

单例模式的类图看起来很简单，一个私有的当前类型的成员变量，一个私有的构造方法，一个 getInstance 方法，创建对象不再通过new 而通过 getInstance 让该类自行创建。相信我们大多数人使用的单例模式都是这种，因为太简单了。但是单例模式的写法可不止这一种。接下来我们一起来看一下单例模式的九种写法。

单例模式的九种写法

一、饿汉式（静态常量）

/**
 * 饿汉式（静态常量）
 */
class King {
    private static final King kingInstance = new King();

    static King getInstance() {
        return kingInstance;
    }

    private King() {
    }
}

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。

二、饿汉式（静态代码块

/**
 * 饿汉式（静态代码块）
 */
class King {
    private static King kingInstance;

    static {
        kingInstance = new King();
    }

    private King() {
    }

    public static King getKingInstance() {
        return kingInstance;
    }
}

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。

三、懒汉式（线程不安全）

/**
 * 懒汉式（线程不安全）
 */
public class King {
    private static King kingInstance;

    private King() {
    }

    public static King getKingInstance() {
        if (kingInstance == null) {
            kingInstance = new King();
        }
        return kingInstance;
    }
}

优点：懒加载，只有使用的时候才会加载。
缺点：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。

四、懒汉式（线程安全

/**
 * 懒汉式（线程安全，同步方法）
 */
public class King {
    private static King kingInstance;

    private King() {
    }

    public static synchronized King getKingInstance() {
        if (kingInstance == null) {
            kingInstance = new King();
        }
        return kingInstance;
    }
}

优点：懒加载，只有使用的时候才会加载，获取单例方法加了同步锁，保障线程安全。
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。

五、懒汉式（线程安全，同步代码块）

/**
 * 懒汉式（线程安全，同步代码块）
 */
public class King {
    private static King kingInstance;

    private King() {
    }

    public static King getKingInstance() {
        if (kingInstance == null) {
            synchronized (King.class) {
                kingInstance = new King();
            }
        }
        return kingInstance;
    }
}

优点：改进了第四种效率低的问题。
缺点：不能完全保证单例，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。

六、双重检查（DCL）

/**
 * 双重检查（DCL）
 */
public class King {

    private static volatile King kingInstance;

    private King() {
    }

    public static King getKingInstance() {
        if (kingInstance == null) {
            synchronized (King.class) {
                if (kingInstance == null){
                    kingInstance = new King();
                }
            }
        }
        return kingInstance;
    }
}

优点：线程安全；延迟加载；效率较高。
缺点：JDK < 1.5 的时候不可用
不可用原因：由于volatile关键字会屏蔽Java虚拟机所做的一些代码优化，可能会导致系统运行效率降低，而JDK 1.5 以及之后的版本都修复了这个问题。（面试装逼用，谨记！！！）

七、静态内部类

/**
 * 静态内部类
 */
public class King {

    private King() {
    }

    private static class KingInstance{
        private static final King KINGINSTANCE = new King();
    }

    public static King getInstance(){
        return KingInstance.KINGINSTANCE;
    }
}

优点：避免了线程不安全，延迟加载，效率高。
缺点：暂无，最推荐使用。
特点：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。

八、枚举

/**
 * 枚举
 */
public enum  King {
    KINGINSTANCE;
}

优点：不仅能避免多线程同步问题，而且还能防止反序列化重新创建新的对象。
缺点：JDK 1.5之后才能使用。

九、容器类管理

/**
 * 使用容器实现单例模式（可以用于管理单例，有兴趣的可以尝试一下）
 * */
class InstanceManager {
    private static Map<String, Object> objectMap = new HashMap<>();
    private InstanceManager(){}
    public static void registerService(String key,Object instance){
        if (!objectMap.containsKey(key)){
            objectMap.put(key,instance);
        }
    }
    public static Object getService(String key){
        return objectMap.get(key);
    }
}

//使用方式：

/**
* 使用方式
* Dog类就不贴出来了 
* 自己随便写个就行
* 可以运行一下看看 打印的地址是否一致
*/
class Test {
    public static void main(String[] args) {

        InstanceManager .registerService("dog", new Dog());

        Dog dog = (Dog) InstanceManager .getService("dog");
        Dog dog2 = (Dog) InstanceManager .getService("dog");
        Dog dog3 = (Dog) InstanceManager .getService("dog");
        Dog dog4 = (Dog) InstanceManager .getService("dog");

        System.out.println(dog);
        System.out.println(dog2);
        System.out.println(dog3);
        System.out.println(dog4);
    }
}

优点：在程序的初始，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。
缺点：不常用，有些麻烦

九种写法的优劣对比

名称	优点	缺点	是否推荐
饿汉式（静态常量）	写法简单，类装载时完成实例化。避免了线程同步	急切实例化，容易内存泄漏	可用
饿汉式（静态代码块）	同上	同上	可用
懒汉式（线程不安全）	懒加载	只能在单线程下使用	多线程不可用
懒汉式（线程安全，同步方法）	懒加载，方法同步锁	效率低	不推荐用
懒汉式（线程安全，同步代码块）	同上，同时改变效率低问题	不能完全保证单例	不推荐用
双重检查（DCL）①	线程安全；延迟加载；效率较高	JDK < 1.5 的时候不可用	JDK >1.5 推荐用
静态内部类②	线程安全，延迟加载，效率高。	暂无发现	墙裂推荐
枚举	写法简单，防止反序列化	JDK 1.5之后才能使用	JDK >1.5 推荐用
容器实现	可用管理多个单例对象	不常用，多创建了一个Map	可用

①：不可用原因：由于volatile关键字会屏蔽Java虚拟机所做的一些代码优化，可能会导致系统运行效率降低，而JDK 1.5 以及之后的版本都修复了这个问题。（面试装逼用，谨记！！！）

②：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。

单例模式在日常开发中的应用场景

日常开发中我们也有些场景是需要用到单例模式的，例如：

1、图片加载
2、网络请求
3、工具类封装

案例有很多，相信大家也都有用到，我就不列举了。这里我们如何合理的在项目中使用单例模式。

合理的辨析一个设计是否应该为单例模式前，大家先问问自己几个问题，也是检验标准：

Quote from 《 Use your singletons wisely 》

Will every application use this class exactly the same way? (keyword: exactly)
Will every application ever need only one instance of this class? (keyword: ever & one)
Should the clients of this class be unaware of the application they are part of?

每一个应用（组件/模块）是否以完全一致的方式来使用这个类？
每一个应用（组件/模块）是否真的只需要这个类的一个实例呢？
对于这个类的客户端类来说，对他们自己是应用中的一部分这件事是否应该保持毫无察觉的状态呢？

以上3条就是检验一个类是否应该被设计为单例模式的判断准则，

如果我们对于以上这3条均给出了“是的”的答案，那么这个类就是可以被设计为单例模式了。反之还是不要用的好。

单例模式的优点

单例模式的优点其实已经在定义中提现了：可以减少系统内存开支，减少系统性能开销，避免对资源的多重占用、同时操作。

单例模式的缺点

任何事物都不是完美的，单例模式也是如此，它也存在以下几个缺点：

1、违反了单一责任链原则，测试困难

单例类的职责过重，在一定程度上违背了“单一职责原则”。因为单例类既充当了工厂角色，提供了工厂方法，同时又充当了产品角色，包含一些业务方法，将产品的创建和产品的本身的功能融合到一起。

2、扩展困难

由于单例模式中没有抽象层，因此单例类的扩展有很大的困难。修改功能必须修改源码。

3、共享资源有可能不一致。

现在很多面向对象语言(如Java、C#)的运行环境都提供了自动垃圾回收的技术，因此，如果实例化的共享对象长时间不被利用，系统会认为它是垃圾，会自动销毁并回收资源，下次利用时又将重新实例化，这将导致共享的单例对象状态的丢失。

总结

今天我们通过文章学习了第一个设计模式，了解了他的设计理念，学会了他的九种写法，也认识了他的优缺点。相信大家已经对单例模式有了一个全新的认识。（反正我写完文章才认识到自己原来根本不了解单例模式）。

最后还是要给大家说一句话：模式是死的，代码是活的。不要硬套模式。代码会告诉你怎么做，你听就是了。（也是借鉴前辈们的经验），以上内容编写完成，借鉴了陈宇明写的公从号