SingletonPattern单例模式

单例模式

1.定义

确保某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

饿汉式单例模式

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

    // 构造器私有化，限制产生多个对象
    private Singleton() {}

    // 对外提供静态方法获取实例对象
    public static Singleton getInstence() {
      	return singleton;
    }
}

2.应用

2.1优点

• 由于单例模式在内存中只有一个实例，减小了内存开支。特别在一个对象需要频繁的创建销毁时，创建销毁时性能无法优化，此时的优势非常明显
• 由于单例模式只生成一个实例，减少了系统的性能开销。当一个对象需要产生较多的资源时，如读取配置，产生其它以来对象，可以通过在应用启动时直接产生一个单例对象，然后永久驻留内存的方式解决（JavaEE中采用单例模式时需要注意JVM的垃圾回收机制）
• 单例模式可以避免对同一资源的多重占用，例如写文件操作

2.2缺点

• 单例模式一般没有接口，扩展性差
• 单例模式不利于测试。在并行开发环境中，若单例模式没有完成，不能进行测试

2.3使用场景

• 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。如一个Web页面上的计数器，使用单例模式保持计数器的值，并确保是线程安全的
• 创建一个对象时需要消耗的资源过多，如访问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

2.4注意事项

在该并发情况下，需要注意单例模式的线程同步问题。单例模式有几种不同的实现方式，饿汉式单例模式不会产生多实例的情况，以下方式则需要考虑线程同步问题

懒汉式单例模式

public class Singleton {
    private static final Singleton singleton = null;

    // 构造器私有化，限制产生多个对象
    private Singleton() {}

    // 对外提供静态方法获取实例对象
    public static Singleton getInstence() {
        if (singleton == null) {
          singleton = new Singleton();
        }
      
        return singleton;
    }
}

懒汉式单例模式在低并发情况下尚不会出现问题，若系统压力增大，并发量增加时可能在内存中存在多个实例。如一个线程A执行到singleton = new Singleton();但还没有获得到对象，此时对象初始化未完成，第二个线程B执行到if (singleton == null) {那么线程B判断条件也为true，于是继续执行下去，则A和B各获得一个对象。

解决单例模式线程不安全的方法，可以在getInstence方法前或方法内加synchronized关键字来实现，建议采用饿汉式单例模式。

3.扩展

有上限的多例模式：产生固定数量对象的模式

public class Singleton {
    // 定义最多能产生的实例数量
    private static int maxNumOfInstance = 2;

    // 定义一个列表容纳所有实例
    private static List<Singleton> singletonList = new ArrayList<>();

    // 定义当前对象实例的序号
    private static int countNumOfInstance = 0;

    // 产生所有的对象
    static {
        for (int i = 0; i < maxNumOfInstance; i++) {
            singletonList.add(new Singleton())
        }
    }

    private Singleton() {}

    public static Singleton getInstence() {
      	Random random = new Random();
      	countNumOfInstance = random.nextInt(maxNumOfInstance);

      	return singletonList.get(countNumOfInstance);
    }
}

考虑到线程安全问题可以使用Vector来代替。采用有上限的多例模式，可以在设计时决定内存中有多少个实例，方便系统扩展，修正单例可能存在的性能问题，提高系统的响应速度。如读取文件，可以在系统启动时完成初始化工作，在内存中启动固定数量的Reader实例。