java 单例设计模式

单例是应用开发中一种设计模式，主要应用场景为：当且仅当系统中只能保留一个对象时使用。本文提出4中可以在生产环境中使用的单例设计模式。推荐使用enum的方式。

应用场景

例如一下应用场景[1]：
1、 Windows的Task Manager（任务管理器）就是很典型的单例模式（这个很熟悉吧），想想看，是不是呢，你能打开两个windows task manager吗？

2、网站的浏览人数统计，一般也是采用单例模式实现，否则难以同步。

3、应用程序的日志应用，一般都何用单例模式实现，这一般是由于共享的日志文件一直处于打开状态，因为只能有一个实例去操作，否则内容不好追加。

//todo
在joshua block 的《effective java second edition》 一书中给出了三种单例设计模式

1、采用静态变量：

public class TaskManager {
        public static final TaskManager INSTANCE = new TaskManager ();
        private TaskManager (){}
        //...
}

这种写法使用了私有的构造方法。来保证只能有一个实例,但是这种方法也有例外情况，因为，你可以通过反射来调用私有构造方法。这个时候你可以抛出异常。以下代码仅作为参考。

public class TaskManager {
    public static final TaskManager INSTANCE = new TaskManager();

    private TaskManager() {
        if (INSTANCE != null) {
            try {
                throw new Exception("An object already exists");
            } catch (Exception e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }
    }
    //...
}

2、采用静态方法

public class TaskManager {
    private static final TaskManager INSTANCE = new TaskManager();

    private TaskManager() {}

    public static TaskManager getINSTANCE() {
        return INSTANCE;
    }

    //...
}

3、采用enum的方式

这种模式是目前最佳的，因为：
1、JVM会保证enum不能被反射并且构造器方法只执行一次。
2、此方法无偿提供了序列化机制，绝对防止反序列化时多次实例化。
3、运行时（compile-time ）创建对象（懒加载） // todo 关于cmpile-time和run-time有时间我单独写一篇文章。

enum是jdk5的特性，现在（2017）web应用普遍在jdk6、7、8，所以可以放心使用。

目前最佳的方式是使用接口的方式(解耦):

interface Resource {
    Object doSomething();
}

public enum SomeThing implements Resource {
    INSTANCE {
        @Override
        public Object doSomething() {
            return "I am a Singleton nstance";
        }
    };
}

class Demo {
    public static void main(String[] args) {
        System.out.println(SomeThing.INSTANCE.doSomething());
    }
}

或者不使用接口的形式

public enum SomeThing {
    INSTANCE;

    public void doSomething() {
        System.out.println("INSTANCE = " + INSTANCE);
    }

}

class Demo {
    public static void main(String[] args) {
        SomeThing.INSTANCE.doSomething();
    }
}

也有人用其他的方式，我对这种方法持强烈反对,具体可以参考文献4，以下代码仅做参考

class Resource {
}

public enum SomeThing {
    INSTANCE;
    private Resource instance;

    SomeThing() {
        instance = new Resource();
    }

    public Resource getInstance() {
        return instance;
    }
}

class Demo {
    public static void main(String[] args) {
        System.out.println(SomeThing.INSTANCE.getInstance());
    }
}

在其他文章中有提到“懒汉”、“恶汉”的名词，其实懒汉主要就是"懒"加载[注：指在使用时装载，不使用时不进行装载]

有人提出这种懒汉设计

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

很显然这种设计线程不安全，一般不会使用。
有人又提出了懒汉改进的方法，使其线程安全。

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

这种写法能够在多线程中很好的工作，而且看起来它也具备很好的lazy loading，但是，遗憾的是,因为是重量级锁，效率很低。

于是有人提出了双重校验锁机制,这个用的也比较多。

下面代码就是用double checked locking 方法实现的单例，这里的getInstance()方法要检查两次，确保是否实例INSTANCE是否为null或者已经实例化了，这也是为什么叫double checked locking 模式。

/**
* Singleton pattern example with Double checked Locking
*/
public class DoubleCheckedLockingSingleton{
     private volatile DoubleCheckedLockingSingleton INSTANCE;
 
     private DoubleCheckedLockingSingleton(){}
 
     public DoubleCheckedLockingSingleton getInstance(){
         if(INSTANCE == null){
            synchronized(DoubleCheckedLockingSingleton.class){
                //double checking Singleton instance
                if(INSTANCE == null){
                    INSTANCE = new DoubleCheckedLockingSingleton();
                }
            }
         }
         return INSTANCE;
     }
}

参考文献：
[1] Jason Cai, 设计模式之——单例模式(Singleton)的常见应用场景
[2] cantellow, 单例模式的七种写法
[3] Javarevisited, 单例模式中为什么用枚举更好
[4] natsumi, Java枚举实现单例模式
[5] zejian_，深入理解Java枚举类型(enum)