初识设计模式之单例模式

此文为笔者个人的学习笔记，在学习部分博客、书籍、资料后所总结，仅供参考。

对单例模式的认识
- 单例模式是什么
- 单例模式的特点
- 为什么要用单例模式
单例模式的应用
- 懒汉式
- 饿汉式
- 双检锁式
- 登记式
- 枚举

一、对单例模式的认识

1.1 单例模式是什么

数学与逻辑学中，singleton定义为“有且仅有一个元素的集合”。

单例模式最初的定义出现于《设计模式》（艾迪生维斯理, 1994）：“保证一个类仅有一个实例，并提供一个访问它的全局访问点。”

Java中单例模式定义：“一个类有且仅有一个实例，并且自行实例化向整个系统提供。”

1.2 单例模式的特点

单例类只能有一个实例。

单例类必须自己创建自己的唯一实例。

单例类必须给所有其他对象提供这一实例。

1.3 为什么要用单例模式

对于系统中的某些类来说，只有一个实例很重要，例如，一个系统中可以存在多个打印任务，但是只能有一个正在工作的任务；一个系统只能有一个窗口管理器或文件系统；一个系统只能有一个计时工具或ID(序号)生成器。如在Windows中就只能打开一个任务管理器。如果不使用机制对窗口对象进行唯一化，将弹出多个窗口，如果这些窗口显示的内容完全一致，则是重复对象，浪费内存资源；如果这些窗口显示的内容不一致，则意味着在某一瞬间系统有多个状态，与实际不符，也会给用户带来误解，不知道哪一个才是真实的状态。因此有时确保系统中某个对象的唯一性即一个类只能有一个实例非常重要。

二、单例模式的应用

2.1 懒汉式

懒汉式（线程不安全）：最基础的实现方式，线程上下文单例，不需要共享给所有线程，也不需要加synchronize之类的锁，以提高性能。

public class SingletonDemo {
    public static SingletonDemo singletondemo = null;
    //私有的构造函数
    private  SingletonDemo(){};
    //实例在用到的时候才去创建
    public static SingletonDemo getSingletonDemo() {
        if(singletondemo == null) {
            singletondemo = new SingletonDemo();
        }
        return singletondemo;
    }   
}

懒汉式（线程安全）：加上synchronize之类保证线程安全的基础上的懒汉模式，相对性能很低，大部分时间并不需要同步。

public class SingletonDemo {
    public static SingletonDemo singletondemo = null;
    //私有的构造函数
    private  SingletonDemo(){};
    //与第一个相比,此懒汉式进行的加锁,保证了线程安全,但效率有所下降
    public static synchronized SingletonDemo getSingletonDemo() {
        if(singletondemo == null) {
            singletondemo = new SingletonDemo();
        }
        return singletondemo;
    }   
}

2.2 饿汉式

饿汉式：指全局的单例实例在类装载时构建。

public class SingletonDemo {
    public static SingletonDemo singletondemo = new SingletonDemo();
    //私有的构造函数
    private SingletonDemo(){};
    //虽然不像"懒汉"这么"懒"，但是由于"饿"的性质，在类加载时就初始化了，容易产生垃圾对象
    public static SingletonDemo getSingletonDemo() {
        return singletondemo;
    }   
}

2.3 双检锁式

双检锁式：在懒汉式基础上利用synchronize关键字和volatile关键字确保第一次创建时没有线程间竞争而产生多个实例，仅第一次创建时同步，性能相对较高。

public class SingletonDemo {
    public volatile static SingletonDemo singletondemo = null;
    //私有的构造函数
    private SingletonDemo(){};
    //用双锁机制，安全且在多线程情况下能保持高性能
    public static SingletonDemo getSingletonDemo() {
        if(singletondemo == null) {
            synchronized(SingletonDemo.class) {
                if(singletondemo == null){
                    singletondemo =  new SingletonDemo();
                }
            }
        }
        return singletondemo;
    }   
}

2.4 登记式

登记式：作为创建类的全局属性存在，创建类被装载时创建。这种方式能达到双检锁方式一样的功效，但实现更简单。

public class SingletonDemo {  
    
    private static class SingletonHolder {  
        private static final SingletonDemo singletondemo = new SingletonDemo();  
    }  
    
    private SingletonDemo (){}
   
    public static final SingletonDemo getSingletonDemo() {  
        return SingletonHolder.singletondemo;  
    }  
}

2.5 枚举

java中枚举类本身也是一种单例模式。它更简洁，自动支持序列化机制，绝对防止多次实例化。

public enum SingletonDemo{  
    
    singletondemo;//……
    
    public void yourMethod() {  
        //……
    }  

}

笔记到此为止，如有错误，还望指正。