设计模式-单例模式(02)
定义
单例模式（Singleton Pattern）是最简单的一种设计模式。
英文原话是：Ensure a class has only one instance,and provide a global point of access to it.
意思是：确保一个类只有一个实例，而且自动实例化并向整个系统提供这个实例。
单例模式的主要作用是确保一个类只有一个实例存在。单例模式可以用在建立目录，数据库连接等需要单线程操作的场合，用于实现对系统资源的控制。
分类
Java语言的特点使得在Java中实现单例模式通常有两种表现形式：
饿汉式单例类：类加载时，就进行对象实例化。
懒汉式单例类：第一次引用类时，才进行对象实例化。
饿汉式单例类(线程安全)
饿汉式代码如下：
public class Singleton{ private static Singleton m_instance = new Singleton(); //构造方法私有,保证外界无法直接实例化 private Singleton(){ } //通过该方法获得实例对象 public static Singleton getInstance(){ return m_instance; } }
上面这段代码中,在类加载时,静态变量m_instance会被初始化，此时类的私有构造函数会被调用，单例类的唯一实例就被创建出来。单例类中最重要的特点是类的构造函数是私有的，从而避免外界利用构造函数直接创建出任意多的实例。另外，构造函数是私有的，因此该类不能被继承。
说明：
先不管需不需要使用这个实例，直接先实例化好实例(饿死鬼-样，所以称为饿汉式)，然后当需要使用的时候，直接调方法就可以使用了。
优点：
提前实例化好了一个实例，避免了线程不安全问题的出现。
缺点：
直接实例化好了实例，和懒汉式相比不再延迟实例化;若系统没有使用这个实例，或者系统运行很久之后才需要使用这个实例，会造成操作系统
的资源浪费。
懒汉式单例类（线程安全）
懒汉式单例类与饿汉式单例类相同的是，类的构造函数是私有的；不同的是，懒汉式单例类在加载时不会将自己实例化，而是在第一次被调用时将自己实例化。
懒汉式代码如下：
public class Singleton{ private static Singleton _instance = null; //构造方法私有，保证外界无法直接实例化 private Singleton(){ } //方法同步 synchronized public static Singleton getInstance(){ if(_instance==null){ _instance = new Singleton(); } return _instance; } }
上面这段代码中,懒汉式单例类中对静态方法getInstance()进行同步,以确保多线程环境下只创建一个实例。例如：如果getInstance()方法未被同步,并且线程A和线程B同时调用此方法,则执行if(_instance==null)语句时都为真,线程A和线程B会分别创建一个对象,在内存中就会出现两个对象,这样就违反了单例模式；但使用synchronized关键字进行同步后，就不会出现这种情况了。
说明：
实现和线程不安全的懒汉式几乎一样，唯一不同的点是， 在get方法上加了一把锁。如此一来， 多个线程访问，每次只有拿到锁的的线程能够进入该方法，避免了多线程不安全问题的出现。
优点：
延迟实例化，节约了资源，并且是线程安全的。
缺点：
虽然解决了线程安全问题， 但是性能降低了。因为，即使实例已经实例化了，既后续不会再出现线程安全问题了，但是锁还在，每次还是只能拿到锁的线程进入该方法使线程阻塞，等待时间过长。
双重检查锁实现(线程安全)
public class Singleton{ //使用volatile，线程局部变量失效每次都从主内存中取，禁止指令重排，所有写操作都在读操作之前；不加有千万分之一的概率取到内存空间的对象为空，
//实例化在操作系统中先分配内存： memory = allocate(); 然后实例对象初始化: ctorInstance(memory); 最后再将内存空间的地址赋值给对应的引用: instance = memeory;
private volatile static Singleton _instance = null; //构造方法私有，保证外界无法直接实例化 private Singleton(){ } //方法不同步,在内部加锁 public static Singleton getInstance(){ if(_instance==null){ //先判断是否为null,如果不为null直接返回实例 synchronized(Singleton.class){ //为null时，加锁 if(_instance==null){ //再次判断是否为null，防止多个线程同时进入第一次null判断等待获取锁 _instance = new Singleton(); } } } return _instance; } }
说明：
双重检查数相当于是改进了线程安全的懶汉式。线程安全的懒汉式的缺点是性能降低了，造成的原因是因为即使实例已经实例化,依然每次都会有锁。而现在，我们将锁的位置变了，并且多加了一个检查。也就是， 先判断实例是否已经存在，若已经存在了，则不会执行判断方法内的有锁方法了。而如果， 还没有实例化的时候，多个线程进去了，也没有事，因为里面的方法有锁，只会让一个线程进入最内层方法并实例化实例。如此一来，最多最多， 也就是第一次实例化的时候，会有线程阻塞的情况，后续便不会再有线程阻塞的问题。
饿汉式单例类与懒汉式单例类之间的区别：
1.懒汉式单例类在被加载时实例化，而懒汉式单例类在第一次引用时实例化。
2.从资源利用上说，饿汉式单例类比懒汉式单例类要差一些（因为饿汉式一开始就会实例化一个对象占用系统资源），但从速度和反应时间角度来讲，则饿汉式单例类比懒汉式单例类好一些。
3.饿汉式单例类可以在Java中实现，但不易在C++中实现。GoF在提出单利模式的概念是举的例子是懒汉式的，他们的书影响较大，以至于Java中单例类的例子大多是懒汉式的。实际上，饿汉式单例类更符合Java语言本身的特点。
单例对象的优点
1.由于单例模式在内存中只有一个实例，减少了内存的开支，特别是当一个对象需要频繁地被创建、销毁而且创建或销毁的性能又无法优化时，单例模式的优势就非常明显。
2.由于单例模式值生成一个实例，所以减少了系统的性能开销，当一个对象的产生需要比较多的资源时，如读取配置文件、产生其他依赖对象时，可以在启动时直接产生一个单例对象，然后永久驻留内存的方式来解决。
3.单例模式可以避免对资源的多重占用。例如：一个写文件动作，由于只有一个实例存在于内存中，避免了对同一个资源文件的同时写操作。
4.单例模式可以在系统设置全局访问点，优化和共享资源访问。
单例模式的缺点
1.单例模式无法创建子类，且扩展困难。若要扩展，除了修改代码以外基本上没有第二种途径可以实现。
2.单例模式对测试不利。在并行开发环境中，如果采用单例模式的类没有完成，程序是不能进行测试的；单例模式的类通常不会实现接口，这也妨碍了使用mock的方式虚拟一个对象。
3.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，是否使用单例模式取决于环境，单例模式。
单例模式的使用场景
在一个系统中，如果要求一个类有且仅有一个实例，当出现多个实例时就会造成不良反应，则此时可以采用单例模式。典型场景如下：
1.要求生成唯一序列号的环境。
2.在整个项目中需要一个访问点或共享数据。（如web页面上的计数器）
3.创建一个对象需要消耗的资源过多，如访问IO和数据库等资源。
4.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。
单例模式常和synchronized联合使用，例如下面的这个多线程计数（模拟访问量计数）
CounterSingleton.java
/** * 单例模式 */ public class CounterSingleton { //懒汉式加载 private static CounterSingleton singleton = new CounterSingleton(); //私有构造,防止生成对象 private CounterSingleton() { } //获取类 public static CounterSingleton getInstance() { return singleton; } //对象的统计变量 public int count = 0; //懒汉式对象的方法 public synchronized void inc() { //加访问量 count++; System.out.println("线程:"+Thread.currentThread()+",对象:"+this+",运行结果:CounterSingleton.count=" + CounterSingleton.getInstance().getCount()); } //获取计数的值 public int getCount() { return count; } }
Counter.java
/** * 多线程调用 */ public class Counter { public static void main(String[] args) { long time_s=System.currentTimeMillis(); //同时启动1000个线程，去进行i++计算，看看实际结果 for (int i = 0; i < 1000; i++) { new Thread(new Runnable() { @Override public void run() { CounterSingleton.getInstance().inc(); } }).start(); } //这里每次运行的值都有可能不同,显示结果可能不为1000,但实际值是1000，因为线程是异步执行的原因(inc方法没有sychonized的话,count就是真的不是1000了) System.out.println("这里不一定是1000,而且不一定在最后。因为线程是异步执行的!"+",对象:"+CounterSingleton.getInstance().toString()+",运行结果:CounterSingleton.count=" + CounterSingleton.getInstance().getCount()); System.out.println("耗时:"+(System.currentTimeMillis()-time_s)); } }
结果如图，count变量值最后为1000
最后那行打印因为线程异步的原因不是在最后
