单例模式

单例模式

定义

单例模式是一个简单的模式，定义如下：
Ensure a class has only one instance ,and provide a global point of access to it.==（确保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）==
下面是单例模式的通用类图：

image

---

类图代码实现：

public class Singleton {
    private static final Singleton singleton = new Singleton();

    // 限制产生多个对象
    private  Singleton(){}

    // 通过该方法获得实例对象
    public static Singleton getSingleton() {
        return singleton;
    }
    
    // 类中的其他方法，尽量是static
    public static void dosomething(){}
}

public class Client {

    public static void main(String args[]){
        // 不能直接通过新建一个对象的方式来创建类的实例，只可以通过类的自身的方式创建对象
        Singleton singleton = Singleton.getSingleton();
        System.out.println(singleton.hashCode());
    }
}

分析

上面的单例模式的通用代码描述了单列模式的实现方式。Singleton称为单列类，通过使用private的构造函数确保了在一个应用中只产生一个实例，并且是自实例化的。

单例模式的应用

优点

• 由于单例模式在内存中只有一个实例，减少了内存的开支，特别是一个对象的频繁的创建和销毁时，而且创建或销毁时性能无法优化，单例模式的优势就特别明显
• 由于单例模式只生成一个实例，减少了系统的性能开销，对一个对象的产生需要较多的资源时，如读取配置、产生其他的依赖对象时，则可以通过在应用启动时直接产生一个单例对象，然后用永驻内存的方式来解决（在JAVAEE中采用单例模式时，需要注意JVM的内存回收的机制）
• 单例模式可以避免对资源的多重占用，例如写一个文件的动作，由于只有一个实例在内存中，避免对同一个资源的同时写操作
• 单例模式可以设置全局的访问点，优化和共享资源的访问

缺点

• 单例模式一般没有接口，扩展很困难，若要扩展，除了修改代码基本上没有第二种途径可以实现。单例模式为什么不能增加接口呢？因为接口对单例模式是没有任何意义的，它要求“自行实例化”，并且提供单一实例、接口或抽象类是不可能被实例化的。当然，在特殊情况下，单例模式可以实现接口、被继承等，需要在系统开发中根据环境判断。

• 单例模式对测试是不利的。在并行开发环境中，如果单例模式没有完成，是不能进行测试的，没有接口也不能使用mock的方式虚拟一个对象。

• 单例模式与单一职责原则有冲突。一个类应该只实现一个逻辑，而不关心它是否是单例的，是不是要单例取决于环境，单例模式把“要单例”和业务逻辑融合在一个类中。

单例模式的应用场景

在一个系统中，要求一个类有且仅有一个对象，如果出现多个对象就会出现“不良反应”，可以采用单例模式，具体的场景如下：

• 要求生成唯一序列号的环境；

• 在整个项目中需要一个共享访问点或共享数据，例如一个Web页面上的计数器，可以不用把每次刷新都记录到数据库中，使用单例模式保持计数器的值，并确保是线程安全的；

• 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；

• 需要定义大量的静态常量和静态方法（如工具类）的环境，可以采用单例模式（当然，也可以直接声明为static的方式）

单例模式的加载方式

懒汉模式

public class HungrySingleton {

    private static HungrySingleton singleton = null;

    private HungrySingleton(){}

    public synchronized static HungrySingleton getSingleton(){
        if(singleton == null){
            singleton = new HungrySingleton();
        }

        return singleton;
    }
}

该单例模式在低并发的情况下尚不会出现问题，若系统压力增大，并发量增加时则可能在内存中出现多个实例，破坏了最初的预期，举例：如一个线程A执行到singleton=new Singleton（），但还没有获得对象（对象初始化是需要时间的），第二个线程B也在执行，执行到（singleton==null）判断，那么线程B获得判断条件也是为真，于是继续运行下去，线程A获得了一个对象，线程B也获得了一个对象，在内存中就出现两个对象！
解决线程不安全的方法很有多，++可以在getSingleton方法前加synchronized关键字++，==也可以在getSingleton方法内增加synchronized来实现==，但都不是最优秀的单例模式，建议使用饿汉式单例，增加了synchronized的单例称为懒汉式单例）。

饿汉模式

public class Singleton {
    private static final Singleton singleton = new Singleton();

    private  Singleton(){}

    public static Singleton getSingleton() {
        return singleton;
    }
}

---

总结

• 单例模式是中比较简单的模式，应用也非常广泛，如在Spring中，每个Bean默认就是单例的，这样做的优点是Spring容器可以管理这些Bean的生命期，决定什么时候创建出来，什么时候销毁，销毁的时候要如何处理，等等。如果采用非单例模式（Prototype类型），则Bean初始化后的管理交由J2EE容器，Spring容器不再跟踪管理Bean的生命周期。
• 使用单例模式需要注意的一点就是JVM的垃圾回收机制，如果我们的一个单例对象在内存中长久不使用，JVM就认为这个对象是一个垃圾，在CPU资源空闲的情况下该对象会被清理掉，下次再调用时就需要重新产生一个对象。如果我们在应用中使用单例类作为有状态值（如计数器）的管理，则会出现恢复原状的情况，应用就会出现故障。如果确实需要采用单例模式来记录有状态的值，有两种办法可以解决该问题：

i.由容器管理单例的生命周期

Java EE容器或者框架级容器（如Spring）可以让对象长久驻留内存。当然，自行通过管理对象的生命期也是一个可行的办法，既然有那么多的工具提供给我们，为什么不用呢?

ii. 状态随时记录

可以使用异步记录的方式，或者使用观察者模式，记录状态的变化，写入文件或写入数据库中，确保即使单例对象重新初始化也可以从资源环境获得销毁前的数据，避免应用数据丢失。