3、单例模式（Singleton）
单例对象（Singleton）是一种常用的设计模式。在 Java 应用中，单例对象能保证在一个 JVM 中，该对象只有一个实例存在。这样的模式有几个好处：
1、某些类创建比较频繁，对于一些大型的对象，这是一笔很大的系统开销。
2、省去了 new 操作符，降低了系统内存的使用频率，减轻 GC 压力。
3、有些类如交易所的核心交易引擎，控制着交易流程，如果该类可以创建多个的话，系统完全乱了。（比如一个军队出现了多个司令员同时指挥，肯定会乱成一团），所以只有使用单例模式，才能保证核心交易服务器独立控制整个流程。
首先我们写一个简单的单例类：
这个类可以满足基本要求，但是，像这样毫无线程安全保护的类，如果我们把它放入多线程的环境下， 肯定就会出现问题了，如何解决？我们首先会想到对 getInstance 方法加 synchronized 关键字，如下：
1. public class Singleton {
2.
3. /* 持有私有静态实例，防止被引用，此处赋值为 null，目的是实现延迟加载 */
4. private static Singleton instance = null;
5.
6. /* 私有构造方法，防止被实例化 */
7. private Singleton() {
8. }
9.
10. /* 静态工程方法，创建实例 */
11. public static Singleton getInstance() {
12. if (instance == null) {
13. instance = new Singleton();
14. }
15. return instance;
16. }
17.
18. /* 如果该对象被用于序列化，可以保证对象在序列化前后保持一致 */
19. public Object readResolve() {
20. return instance;
21. }
22. }
1. public static synchronized Singleton getInstance() {
2. if (instance == null) {
3. instance = new Singleton();
4. }
5. return instance;
6. }但是，synchronized 关键字锁住的是这个对象，这样的用法，在性能上会有所下降，因为每次调用
getInstance()，都要对对象上锁，事实上，只有在第一次创建对象的时候需要加锁，之后就不需要了， 所以，这个地方需要改进。我们改成下面这个：
1. public static Singleton getInstance() {
2. if (instance == null) {
3. synchronized (instance) {
4. if (instance == null) {
5. instance = new Singleton();
6. }
7. }
8. }
9. return instance;
10.}似乎解决了之前提到的问题，将 synchronized 关键字加在了内部，也就是说当调用的时候是不需要加锁的，只有在 instance 为 null，并创建对象的时候才需要加锁，性能有一定的提升。但是，这样的情况， 还是有可能有问题的，看下面的情况：在 Java 指令中创建对象和赋值操作是分开进行的，也就是说instance = new Singleton();语句是分两步执行的。但是 JVM 并不保证这两个操作的先后顺序，也就是说有可能 JVM 会为新的Singleton 实例分配空间，然后直接赋值给instance 成员，然后再去初始化这个 Singleton 实例。这样就可能出错了，我们以 A、B 两个线程为例：
a>A、B 线程同时进入了第一个 if 判断
b>A 首先进入 synchronized 块，由于 instance 为 null，所以它执行 instance = new Singleton();
c>由于 JVM 内部的优化机制，JVM 先画出了一些分配给Singleton 实例的空白内存，并赋值给 instance
成员（注意此时 JVM 没有开始初始化这个实例），然后A 离开了 synchronized 块。
d>B 进入 synchronized 块，由于 instance 此时不是 null，因此它马上离开了 synchronized 块并将结果返回给调用该方法的程序。
e>此时B 线程打算使用Singleton 实例，却发现它没有被初始化，于是错误发生了。
所以程序还是有可能发生错误，其实程序在运行过程是很复杂的，从这点我们就可以看出，尤其是在写多线程环境下的程序更有难度，有挑战性。我们对该程序做进一步优化：
1. private static class SingletonFactory{
2. private static Singleton instance = new Singleton();
3. }
4. public static Singleton getInstance(){
5. return SingletonFactory.instance;
6. }
实际情况是，单例模式使用内部类来维护单例的实现，JVM 内部的机制能够保证当一个类被加载的时候，这个类的加载过程是线程互斥的。这样当我们第一次调用 getInstance 的时候，JVM 能够帮我们保证 instance 只被创建一次，并且会保证把赋值给instance 的内存初始化完毕，这样我们就不用担心上面的问题。同时该方法也只会在第一次调用的时候使用互斥机制，这样就解决了低性能问题。这样我们暂时总结一个完美的单例模式
：
1. public class Singleton {
2.
3. /* 私有构造方法，防止被实例化 */
4. private Singleton() {
5. }
6.
7. /* 此处使用一个内部类来维护单例 */
8. private static class SingletonFactory {
9. private static Singleton instance = new Singleton();
10. }
11.
12. /* 获取实例 */
13. public static Singleton getInstance() {
14. return SingletonFactory.instance;
15. }
16.
17. /* 如果该对象被用于序列化，可以保证对象在序列化前后保持一致 */
18. public Object readResolve() {
19. return getInstance();
20. }
21. }其实说它完美，也不一定，如果在构造函数中抛出异常，实例将永远得不到创建，也会出错。所以十分完美的东西是没有的，我们只能根据实际情况，选择最适合自己应用场景的实现方法。也有人这样实现：因为我们只需要在创建类的时候进行同步，所以只要将创建和 getInstance()分开，单独为创建加 synchronized 关键字，也是可以的：
1. public class SingletonTest {
2.
3. private static SingletonTest instance = null;
4.
5. private SingletonTest() {
6. }
7.
8. private static synchronized void syncInit() {
9. if (instance == null) {
10. instance = new SingletonTest();
11. }
12. }
13.
14. public static SingletonTest getInstance() {
15. if (instance == null) {
16. syncInit();
17. }
18. return instance;
19. }
20. }考虑性能的话，整个程序只需创建一次实例，所以性能也不会有什么影响。补充：采用"影子实例"的办法为单例对象的属性同步更新
1. public class SingletonTest {
2.
3. private static SingletonTest instance = null;
4. private Vector properties = null;
5.
6. public Vector getProperties() {
7. return properties;
8. }
9.
10. private SingletonTest() {
11. }
12.13. private static synchronized void syncInit() {
14. if (instance == null) {
15. instance = new SingletonTest();
16. }
17. }
18.
19. public static SingletonTest getInstance() {
20. if (instance == null) {
21. syncInit();
22. }
23. return instance;
24. }
25.
26. public void updateProperties() {
27. SingletonTest shadow = new SingletonTest();
28. properties = shadow.getProperties();
29. }
30. }通过单例模式的学习告诉我们：
1、单例模式理解起来简单，但是具体实现起来还是有一定的难度。
2、synchronized 关键字锁定的是对象，在用的时候，一定要在恰当的地方使用（注意需要使用锁的对象和过程，可能有的时候并不是整个对象及整个过程都需要锁）。
到这儿，单例模式基本已经讲完了，结尾处，笔者突然想到另一个问题，就是采用类的静态方法，实现单例模式的效果，也是可行的，此处二者有什么不同？
首先，静态类不能实现接口。（从类的角度说是可以的，但是那样就破坏了静态了。因为接口中不允许有 static 修饰的方法，所以即使实现了也是非静态的）
其次，单例可以被延迟初始化，静态类一般在第一次加载是初始化。之所以延迟加载，是因为有些类比较庞大，所以延迟加载有助于提升性能。
再次，单例类可以被继承，他的方法可以被覆写。但是静态类内部方法都是 static，无法被覆写。
最后一点，单例类比较灵活，毕竟从实现上只是一个普通的 Java 类，只要满足单例的基本需求，你可以在里面随心所欲的实现一些其它功能，但是静态类不行。从上面这些概括中，基本可以看出二者的区别，但是，从另一方面讲，我们上面最后实现的那个单例模式，内部就是用一个静态类来实现的，所以， 二者有很大的关联，只是我们考虑问题的层面不同罢了。两种思想的结合，才能造就出完美的解决方案， 就像HashMap 采用数组+链表来实现一样，其实生活中很多事情都是这样，单用不同的方法来处理问题，总是有优点也有缺点，最完美的方法是，结合各个方法的优点，才能最好的解决问题！