单例设计模式

单例模式的定义和特点：

单例（Singleton）模式的定义：指一个类只有一个实例，且该类能自行创建这个实例的一种模式。

单例模式有 3 个特点：

1. 单例类只有一个实例对象；
2. 该单例对象必须由单例类自行创建；
3. 单例类对外提供一个访问该单例的全局访问点。

单例模式的优缺点：

单例模式的优点：

• 单例模式可以保证内存里只有一个实例，减少了内存的开销。
• 可以避免对资源的多重占用。
• 单例模式设置全局访问点，可以优化和共享资源的访问。

单例模式的缺点：

• 单例模式一般没有接口，扩展困难。如果要扩展，则除了修改原来的代码，没有第二种途径，违背开闭原则。

• 在并发测试中，单例模式不利于代码调试。在调试过程中，如果单例中的代码没有执行完，也不能模拟生成一个新的对象。

• 单例模式的功能代码通常写在一个类中，如果功能设计不合理，则很容易违背单一职责原则。

单例模式的结构图：

单例模式的两种实现：

第一种懒汉模式：

public class LazySingleton {
    private static LazySingleton instance = null;
    private LazySingleton(){} //private 避免类在外部被实例化
    
    public static LazySingleton getInstance(){
        if (instance == null){  
            instance = new LazySingleton();
        }
        return instance;
    }
}

考虑到线程安全问题，在多线程中可能会并发调用它的getInstance()方法，导致创建多个实例，所以添加sychronized。

public class LazySingleton {
    private static LazySingleton instance = null;
    private LazySingleton(){} //private 避免类在外部被实例化
    
    public static synchronized LazySingleton getInstance(){
        if (instance == null){  
            instance = new LazySingleton();
        }
        return instance;
    }
}

缺点：每次通过getInstance方法得到singleton实例的时候都有一个试图去获取同步锁的过程，加锁是很耗时的，能避免则避免。

改进为双重校验锁：

只有当instance为null时，需要获取同步锁，创建一次实例。当实例被创建，则无需试图加锁。

public class LazySingleton {
    private static volatile LazySingleton instance=null;
    private LazySingleton(){
    }
    public static LazySingleton getInstance(){
        if(instance == null){
            synchronized(LazySingleton.class){
                if(instance == null){
                    instance = new LazySingleton();
                }
            }
        }
        return instance;
    }
}

注意以上示例的instance属性被volatile修饰可防止指令重排序优化。

第二种饿汉模式：

public class HungrySingleton {
    private static final HungrySingleton instance = new HungrySingleton();
    private HungrySingleton() {
    }
    public static HungrySingleton getInstance() {
        return instance;
    }
}

饿汉式单例在类创建的同时就已经创建好一个静态的对象供系统使用，以后不再改变，所以是线程安全的，可以直接用于多线程而不会出现问题。

参考链接：

C编程网 http://c.biancheng.net/view/1338.html

知乎 https://zhuanlan.zhihu.com/p/183202141