每天一个设计模式之单例模式

什么是“单例模式”

单例模式：确保某个类只有一个实例，并且只能自行实例化并且向系统提供这个示例。

单例模式有几个特点：

单例类只能有一个实例
单例类必须自己创建自己的实例
单例类必须给其他类提供这个实例

单例模式在很多场景都可以使用到，比如线程池、缓存、日志对象、打印机或者显卡驱动的对象等等，这些场景下，如果有多个实例的话，可能会导致程序的行为异常、资源使用过量等问题的出现。因此，学习单例模式是很有必要的。

如何实现单例模式

在单例模式中，主要有两种方式实现单例模式：

饿汉式
懒汉式

1. 懒汉式

懒汉：顾名思义，很懒！所以这个实例是在第一次调用的时候才会进行实例化。

//懒汉式单例类.在第一次调用的时候实例化自己   
public class Singleton {  
    private Singleton() {}  
    private static Singleton single=null;  
    //静态工厂方法   
    public static Singleton getInstance() {  
         if (single == null) {    
             single = new Singleton();  
         }    
        return single;  
    }  
}

从代码中可以看出，实现懒汉式单例类有两个步骤：

将构造方法私有化，并将对象设置为静态私有
提供一个静态方法供外部程序调用获取实例。

实现了以上两个步骤之后，当外部程序第一个访问这个单例类的时候，Singleton将会进行实例化并返回。

那么，考虑一个问题：多线程下会发生什么问题？

我们可以把自己当做JVM来运行一下这个程序：

线程一进入getInstance 方法，判断 single == null之后，线程二抢夺了CPU的资源，线程一被挂起，线程二也进入 getInstance 方法，此时因为在线程一中还没有对 Singleton 进行实例化，因此线程二判断为 null ，实例化对象后成功返回。

这是执行权交回线程一，在停掉的那个地方继续往下执行，实例化 Singleton 对象，再返回。

这样，导致返回了两个不同的对象，破坏了单例模式的原则：单例类只能有一个实例

那么，怎么解决呢？

我们有两种方法解决这个问题：

在getInstance方法上加同步

public static synchronized Singleton getInstance() {  
        if (single == null) {    
            single = new Singleton();  
        }    
       return single;  
}

双重检查加锁

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

两种方法的区别：

第一种方式在方法上加了 synchronized ，虽然保证了线程安全，但是每次调用的时候都要进行同步，降低了性能，因为99%的情况下都是不需要同步的。
第二种方法使用了双重检查加锁的方式，只有在第一次实例化的时候才需要同步。这种方法既保证了线程安全，又保证性能没有大幅度下降。

2. 饿汉式

饿汉式，这个方法就比较简单了。看名字我们也可以看出来，饿汉，那么就代表着在未访问之前就将单例类实例化好了。

下面是它的代码实现：

//饿汉式单例类.在类初始化时，已经自行实例化   
public class Singleton1 {  
    private Singleton1() {}  
    private static final Singleton1 single = new Singleton1();  

    public static Singleton1 getInstance() {  
        return single;  
    }  
}

饿汉式在类创建的同时，就已经实例化了一个静态对象，因此是天生线程安全的。

懒汉式和饿汉式的区别

线程安全

饿汉式天生线程安全，可以直接使用在多线程环境下。

懒汉式本身是非线程安全的，要实现线程安全请参考上面代码。
性能

饿汉式在类初始化的时候就会进行实例化单例类。因此，在初始化初期会占用较大资源。但是相应带来的好处就是在第一次调用的时候速度变快。

懒汉式的初始化策略就是 “ 延迟加载 ” ，因此在第一次调用的时候会占用较大资源。而且在保证线程安全的解决方法中也存在不同的性能问题（区别请往上回顾一下）。

单例模式的优缺点

优点：

因为只有一个实例，减少了系统性能开支。
避免对内存的多重占用。
可以在系统中设置全局访问点，优化和共享资源访问。

缺点：

拓展困难。（没有接口）
对测试不利。
与单一原则冲突。一个类负责单一功能 。而单例模式将单例类的实例化和其他业务逻辑放在同一个类中。

感谢阅读本博客。

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