设计模式（六）单例模式

1、概述

单例模式是一种创建型设计模式， 让你能够保证一个类只有一个实例， 并提供一个访问该实例的全局节点。

单例模式解决了两个问题：
1）保证一个类只有一个实例
2）为该实例提供一个全局访问节点。

2、适用场景

1）如果程序中的某个类对于所有客户端只有一个可用的实例， 可以使用单例模式。
2）如果你需要更加严格地控制全局变量， 可以使用单例模式。

3、实例

单例的实现方式：

1）饿汉模式

线程安全，类加载完成就完成了实例化，简单实用，推荐。

/**
 * 饿汉模式
 * @date: 2021/1/4
 * @author weirx
 * @version 3.0
 */
public class Singleton {

    private final static Singleton instance = new Singleton();

    public static Singleton getInstance() {
        return instance;
    }

    private Singleton() {
    }
}

2）懒汉模式（线程不安全）

使用时进行实例化，但是线程不安全。

/**
 * 懒汉模式-线程不安全
 * @date: 2021/1/4
 * @author weirx
 * @version 3.0
 */
public class Singleton {

    private static Singleton instance;

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

    private Singleton() {
    }
}

3）懒汉模式（线程安全）

实用时进行加载，通过Synchronized实现线程安全。多线程情况下，造成线程大量的堵塞，效率降低。

/**
 * 懒汉模式-线程安全
 * @date: 2021/1/4
 * @author weirx
 * @version 3.0
 */
public class Singleton {

    private static Singleton instance;

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

    private Singleton() {
    }
}

4）懒汉模式（DCL）

针对上面效率低的情况，减少同步代码块，但是又存在线程不安全问题，多线程情况会出现多个实例。

/**
 * 懒汉模式-DCL
 * @date: 2021/1/4
 * @author weirx
 * @version 3.0
 */
public class Singleton {

    /**
     * volatile 解决指令重排序导致的问题
     */
    private static Singleton instance;

    public static Singleton getInstance() {
       if (instance == null) {
              synchronized (Singleton.class) {
                  instance = new Singleton();
              }
        }
        return instance;
    }

    private Singleton() {
    }
}

引入双重检查锁DCL，注意这里要实用volatile关键字，防止指令重排序造的问题，在bean实例化时存在半初始化状态，指令重排序会导致使用半初始化对象。

/**
 * 懒汉模式-DCL
 * @date: 2021/1/4
 * @author weirx
 * @version 3.0
 */
public class Singleton {

    /**
     * volatile 解决指令重排序导致的问题
     */
    private static volatile Singleton instance;

    public static Singleton getInstance() {
        if (instance == null) {
            synchronized (Singleton.class) {
                if (instance == null) {
                    instance = new Singleton();
                }
            }
        }
        return instance;
    }

    private Singleton() {
    }
}

5）静态内部类

JVM保证单例，因为JVM加载时class只会被加载一次。内部类不会被加载，在使用时才会被加载。

/**
 * 静态内部类
 * 内部静态类不会自动初始化，只有调用静态内部类的方法，静态域，或者构造方法的时候才会加载静态内部类
 * @date: 2021/1/4
 * @author weirx
 * @version 3.0
 */
public class Singleton {

    private static class SingletonHolder {
        private static Singleton instance = new Singleton();
    }

    public static Singleton getInstance() {
        return SingletonHolder.instance;
    }

    private Singleton() {
    }
}

6）枚举

实现单例模式三个主要特点：1、构造方法私有化；2、实例化的变量引用私有化；3、获取实例的方法共有。但是枚举方式除外。
使用枚举的好处：
1、避免反射攻击。
2、避免反序列化。
关于枚举实现单例的原因，参考：https://www.cnblogs.com/chiclee/p/9097772.html。

/**
 * 枚举
 * @date: 2021/1/5
 * @author weirx
 * @version 3.0
 */
public enum Singleton {

    INSTANCE;
    
    public void doSomeThing(){
        System.out.println("this is singleton by enum");
    }
}

4、总结

优点：
1）一个类只有一个实例。
2）指向该实例的全局访问节点。
3）只会初始化一次（首次访问或或者项目启动即创建）。
缺点：
1）违反单一职责，因为既保证一个类只实例化一次，同时还提供全局访问节点。
2）多线程情况下要单独处理，防止创建多个单例对象。