1.结构和原理
一个最基本的单例模式类包含一个私有的 静态变量 、一个私有的 构造函数 和和一个共有的静态函数。其中私有构造函数保证了该类不能通过构造函数来实例化，只能通过共有的静态函数返回一个唯一的私有静态变量。
2.实现单例模式
- 懒汉模式———线程不安全
public class Singleton{
private static Singleton instance;
private Singleton(){}
public static Singleton getInstance(){
if(instance == null){
instance = new Singleton();
}
return instance;
}
}
- 在上述实现中，私有静态变量instance被延迟实例化，这样做的好处是在实际项目中，如果Singleton类没有被使用到，它就不会被实例化，从而减小系统开销。
注意：懒汉模式在 多线程 环境中是不安全的，例如当前有 n 个线程同时执行 getInstance () 方法时，此时的instance都为null,那么 Singleton 类就会被实例化 n 次。这与单例模式的设计初衷相悖。
- 饿汉模式——— 线程安全
public class Singleton{
private static Singleton instance = new Singleton();
private Singleton(){}
public static Singleton getInstance(){
return instance;
}
}
备注：在懒汉模式中，线程不安全是由于instance被多次实例化所造成的，在饿汉模式中直接实例化 Singleton 就解决了线程不安全问题。但是这种方式就失去了延迟实例化的好处。
- 双重校验锁模式———线程安全
public class Singleton{
private volatile static Singleton instance;
private Singleton(){}
public static Singleton getInstance(){
if(instance == null){
synchronized (Singleton.class){
if(instance == null){
instance = new Singleton();
}
}
}
return instance;
}
}
- 在双重校验锁模式下，双重锁先判断instance是否被实例化，如果instance没有被实例化，则将实例化instance的语句进行加锁操作，只有当instance真正为null时，才去实例化Singleton。instance只会被实例化一次，之后将不会被再次实例化。
说明：volatile关键字的作用是在多线程环境下，禁止JVM的指令重排列
- 静态内部类模式
public class Singleton{
private Singleton(){}
public static Singleton getInstance(){
return SingletonProvider.INSTANCE;
}
public static class SingletonProvider{
private static final Singleton INSTANCE = new Singleton();
}
}
静态内部类模式与饿汉模式有异曲同工之处
- 枚举模式
public enum Singleton{
INSTANCE;
private String name;
//getter()...
// setter()...
// otherMethod()...
}
- 使用方式：
public class UserEnumSingleton{
Singleton instance = Singleton.INSTANCE;
instance.setName("example");
System .out.println(instance.getName());
Singleton instance2 = Singleton.INSTANCE;
instance2.setName("example2");
System.out.println(instance2.getName());
instance.otherMethod();
//other options...
//使用java反射原理操作
try{
Singleton[] enums = Singleton.class.getEnumConstants();
for(Singleton instance : enums){
System.out.println(instance.getName());
}
}catch(Exception e){
e.printStackTrace();
}
}
- 控制台输出结果:
example example2 example2
- 借助JDK的枚举来实现单例模式，不仅能够避免多线程同步问题，而且还能防止反序列化重新创建新的对象。
3.总结
优点
单例模式使得应用系统中一个类只被实例化一次，节省系统资源开销，对于系统中需要频繁创建和销毁的对象，使用单例模式可以在一定程度上提高系统的性能。
缺点
由于采用单例模式对类进行设计，就必须要记住获取对象的入口，即共有的静态函数名，而不是采用new关键字进行类的实例化，这在多人协同开发的项目中会给开发人员带来一些困扰（看不到源码），因此需要统一编码规范。
适用的范围
- 需要频繁的进行创建和销毁的类
- 实例化过程中耗费时间过长、占用资源过多且被频繁调用的类
- 频繁操作I/O流或者访问数据库的类
- 应用中定义的工具类
