设计模式之单例模式——Java语言描述

单例设计模式是设计模式中使用最为普遍的模式之一。它是一种对象创建模式，用于产生一个对象的具体实例，它可以确保系统中只产生一个实例

    在Java语言中，这样的设计模式能带来两大好处：

1. 对于频繁使用的对象，可以省略创建对象所花费的时间，这对于那些重量级对象而言，是非常可观的一笔系统开销。
2. 使用new操作的次数减少，因此对系统内存的使用频率更低，减少GC压力，缩短GC停顿时间。

    单例模式的核心在于通过一个方法返回唯一的对象实例，一个简单的单例实现如下：

public class Singleton {
    private static Singleton instance = new Singleton();
 
    private Singleton(){
        System.out.println("Singleton is creating");
    }
 
    public static Singleton getInstance(){
        return instance;
    }
}

    这里使用了一个private级别的构造函数，这样可以确保单例不会在系统内被其他代码初始化。其次instance和getInstance()方法必须是静态的。

    这样创建单例的实现方法非常简单且可靠，但美中不足的就是当JVM加载单例类时，单例对象就会被创建。这样就无法做到延迟加载，在我们还没有使用该单例类时，它就已经被创建出来了。

    为了解决这个问题，并以此提高系统在相关函数调用时的反应速度，就需要引入延迟加载机制。代码示例如下：

public class LazySingleton {
    private LazySingleton(){
        System.out.println("LazySingleton is creating");
    }
 
    private static LazySingleton instance = new LazySingleton();
 
    public static synchronized LazySingleton getInstance(){
        if(instance == null){
            instance = new LazySingleton();
        }
        return instance;
    }
 
}

    首先对静态成员变量instance赋值为null，确保JVM在加载单例类时没有额外的负载时。在getInstance()工厂方法中，首先判断单例是否存在，如果不存在则创建单例。另外getInstance()方法必须是同步的，否则在多线程环境下，当一个线程正在新建单例完成赋值操作前，另一个线程可能判断instance为null进而创建一个新的单例。

    使用上面的实例，虽然实现了延迟加载的功能，但是和第一种方法比，因为使用了同步关键字，因此在多线程中，它的耗时会比第一种方法更大，因此还需要继续改进。

    考虑下面的代码：

public class StaticSingleton {
    private StaticSingleton(){
        System.out.println("StaticSingleton is creating");
    }

    private static class SingletonHolder{
        private static StaticSingleton instatnce = new StaticSingleton();
    }
    
    public StaticSingleton getInstance(){
        return SingletonHolder.instatnce;
    }
}

    在这个实例中，单例模式使用内部类来维护单例的实例，当StaticSingleton被加载时，其内部类并不会初始化，只有当getInstance()方法被调用时，才会加载SingletonHolder，从而初始化instance。因为实例的创建是在类加载时完成的，故天生就线程安全，getInstance()方法也不需要使用同步关键字。因此，这种实现方式同时兼备了以上两种实现方式的优点。

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