定义
确保某一个类只有一个实例，
而且自行实例化并向整个系统提供这个实例。
使用场景
确保某个类有且只有一个对象的场景，
避免产生多个对象消耗过多的资源，
或者
某种类型的对象只应该有且只有一个。
例如，
创建一个对象需要消耗的资源过多，
如要访问IO和数据库等资源，这时就要考虑使用单例模式。
单例模式UML类图
- 角色：
（1）Client——高层客户端；
（2）Singleton——单例类。
-
实现单例模式的关键点：
（1）构造函数不对外开放，一般为Private；
（2）通过一个静态方法或者枚举返回单例类对象；
（3）确保单例类的对象有且只有一个，尤其是在多线程环境下；
（4）确保单例类对象在反序列化时不会重新构建对象。 -
通过将单例类的
构造函数私有化，
使得客户端代码不能通过new的形式手动构造单例类的对象。 -
单例类会暴露一个公有静态方法，
客户端需要调用这个静态方法获取到单例类的唯一对象； -
在获取这个单例对象的过程中需要确保
线程安全，
即在多线程环境下构造单例类的对象也是有且只有一个，
这也是实现的难点。
重点，注意单例模式中 volatile的重要性
单例的几种实现方式
1. 饿汉模式
声明一个静态类对象，在声明时就己经初始化，
用户调用类对象get方法时，可以直接拿去用；
【一声明就初始化，所谓“饿”】
如下，
CEO类使用了饿汉单例模式；
/**
* 普通员工
*/
class Staff {
public void work() {
// 干活
}
}
// 副总裁
class VP extends Staff {
@Override
public void work() {
// 管理下面的经理
}
}
// CEO， 饿汉单例模式
class CEO extends Staff {
private static final CEO mCeo = new CEO();
// 构造函数私有
private CEO() {
}
// 公有的静态函数，对外暴露获取单例对象的接口
public static CEO getCeo() {
return mCeo;
}
@Override
public void work() {
// 管理VP
}
}
// 公司类
class Company {
private List<Staff> allPersons = new ArrayList<Staff>();
public void addStaff(Staff per) {
allPersons.add(per);
}
public void showAllStaffs() {
for (Staff per : allPersons) {
System.out.println("Obj : " + per.toString());
}
}
}
public class Test {
public static void main(String[] args) {
Company cp = new Company();
// CEO对象只能通过getCeo函数获取
Staff ceo1 = CEO.getCeo();
Staff ceo2 = CEO.getCeo();
cp.addStaff(ceo1);
cp.addStaff(ceo2);
// 通过new创建VP对象
Staff vp1 = new VP();
Staff vp2 = new VP();
// 通过new创建Staff对象
Staff staff1 = new Staff();
Staff staff2 = new Staff();
Staff staff3 = new Staff();
cp.addStaff(vp1);
cp.addStaff(vp2);
cp.addStaff(staff1);
cp.addStaff(staff2);
cp.addStaff(staff3);
cp.showAllStaffs();
}
}
2. 懒汉模式
- 懒汉模式是声明一个静态对象，
并且在用户第一次调用getInstance时才进行初始化；
【“拖延”，等到调用才初始化，所谓“懒”！】
public class Singleton {
private volatile static Singleton instance;
private Singleton () {}
public static synchronized Singleton getInstance() {
if (instance == null) {
instance = new Singleton ();
}
return instance;
}
}
-
getInstance()中添加了synchronized关键字，
也就是getInstance()是一个同步方法，
即上面所说的在多线程情况下保证单例对象唯一性的手段。 -
只不过这里可能有一个问题，
即使instance己经被初始化（第一次调用时就会被初始化instance），
每次调用getInstance方法都会进行同步，
这样会消耗不必要的资源，这也是懒汉单例模式存在的最大问题。 -
优点：单例只有在使用时才会被实例化，在一定程度上
节约了资源； -
缺点：第一次加载时需要及时进行实例化，反应稍慢，
最大的问题是每次调用 getInstance都进行同步，造成不必要的同步开销。
这种模式一般不建议使用！！！！！！！！！！
3. DoubleCheckLock(DCL)实现单例【双重校验锁】
- 优点：
资源利用率高，
第一次执行getInstance()时单例对象才会被实例化，效率高。
既能够在需要时才初始化单例，
又能够保证线程安全，
且单例对象初始化后每次调用getInstance()不进行同步锁，
减少不必要的同步开销： - 缺点：第一次加载时反应稍慢，
也由于 Java 内存模型的原因偶尔会失败。
在高并发环境下也有一定的缺陷，虽然发生概率很小。
public class Singleton {
private volatile static Singleton sInstance = null;
private Singleton() {
}
public void doSomething() {
System.out.println("do sth.");
}
public static Singleton getInstance() {
if (mInstance == null) {
synchronized (Singleton.class) {
if (mInstance == null) {
sInstance = new Singleton();
}
}
}
return sInstance;
}
-
static 保证单例；
volatile 禁止重排序；
getInstance() 用来获取实例；
synchronized 保证原子性、可见性、线程安全； -
亮点：
getInstance()方法中对instance进行了两次判空：
第一层判断主要是为了避免不必要的同步【有实例则直接返回，没必要同步】，
第二层的判断则是为了在null的情况下创建实例
【可能第一层与第二层判断中途有其他线程初始化完成了单例，
单例不为null，就不用创建了】：
假设线程A和线程B先后访问了getInstance();
线程A执行到sInstance = new Singleton()语句，
这里看起来是一句代码，但实际上它并不是一个原子操作，
这句代码最终会被编译成多条汇编指令，它大致做了3件事情：
（1）给Singleton的实例分配内存；
（2）调用Singleton()的构造函数，初始化成员字段；
（3）将sInstance对象指向分配的内存空间（此时sInstance就不是null了）。
但是，由于Java编译器允许处理器乱序执行，
以及JDK1.5之前JMM（Java Memory Model，即Java内存模型）中Cache、
寄存器到主内存回写顺序的规定，
上面的第二和第三的顺序是无法保证的。【指令重排序】
即，执行顺序可能是1-2-3也可能是1-3-2。
如果是后者，并且在3执行完毕、2未执行之前，被切换到线程B上，
这时候sInstance因为己经在线程A内执行过了第三点，
sInstance己经是非空了，
所以，
线程B通过getInstance()直接取走sInstance，
再使用时就会出错，这就是DCL失效问题，
而且这种难以跟踪难以重现的错误很可能会隐藏很久。
在JDK1.5之后，SUN官方己经注意到这种问题，
调整了JVM，具体化了volatile关键字，
因此，
如果JDK是1.5或之后的版本，
只需要将sInstance的定义改成private volatile static Singleton sInstance = null就可以保证sInstance对象每次都是从主内存中读取，
就可以使用DCL的写法来完成单例模式。
当然，volatile或多或少也会影响到性能，
但考虑到程序的正确性，牺牲这点性能还是值得的。^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^ -
DCL 模式是
使用最多的单例实现方式！！！！
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它能够在需要时才实例化单例对象，
并且能够在绝大多数场景下保证单例对象的唯一性，
除非代码在并发场景比较复杂或者低于JDK 6版本下使用，
否则，这种方式一般能够满足需求。
4. 静态内部类单例模式
- DCL虽然在一定程度上解决了
资源消耗、多余的同步、线程安全等问题，
但是，它还是在某些情况下出现失效的问题。
就是刚说的双重检查锁定（DCL）失效； - 在《Java 并发编程实践》一书的最后谈到了这个问题，
并指出这种“优化”是丑陋的，不赞成使用。
而建议使用如下的代码替代：
public class Singleton {
private Singleton() { }
public static Singleton getInstance () {
return SingletonHolder.sInstance;
}
/**
* 静态内部类
*/
private static class SingletonHolder {
private static final Singleton sInstance = new Singleton();
}
}
- 当第一次加载
Singleton类时并不会初始化sInstance，
只有在第一次调用Singleton的getInstance()时sInstance才会被初始化！！！
因此，
第一次调用getInstance()会导致虚拟机加载SingletonHolder类，
这种方式不仅能够确保线程安全，
也能够保证单例对象的唯一性，同时也延迟了单例的实例化，
所以这是推荐使用的单例模式实现方式。
5. 枚举单例
除了以上几种方式，还有更简单的实现方式——枚举！：
public enum SingletonEnum {
INSTANCE;
public void doSomething() {
System.out.println("do sth.");
}
}
- 优点突出：写法简单；
枚举在Java中与普通的类是一样的，
不仅能够有字段，还能够有自己的方法。
最重要的是默认枚举实例的创建是线程安全的，
并且在任何情况下它都是一个单例。
在上述的几种单例模式实现中，
在一个情况下它们会出现重新创建对象的情况，那就是反序列化。
通过序列化可以将一个单例的实例对象写到磁盘，
然后再读回来，从而有效地获得一个实例。
即使构造函数是私有的，
反序列化时依然可以通过特殊的途径去创建类的一个新的实例，
相当于调用该类的构造函数。
反序列化操作提供了一个很特别的钩子函数，
类中具有一个私有的、被实例化的方法readResolve()，
这个方法可以让开发人员控制对象的反序列化。
例如，
上述几个示例中如果要杜绝单例对象在被反序列化时重新生成对象，
那么必须加入如下方法：
private Object readResolve() throws ObjectStreamException {
return sInstance;
}
即在readResolve()中将sInstance对象返回，
而不是默认的重新生成一个新的对象。
而对于枚举，并不存在这个问题，
因为即使反序列化它也不会重新生成新的实例。
参考：
- 《Android源码设计模式解析与实战》
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