设计模式——单例模式

单例模式属于创建模型。

单例模式，是设计模式中比较简单而又最常用的模式之一。通过单例模式可以保证系统中，应用该模式的类只有一个类实例。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。

模式定义

单例模式(Singleton Pattern)：单例模式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，这个类称为单例类，它提供全局访问的方法。

单例模式的要点有三个：一是某个类只能有一个实例；二是它必须自行创建这个实例；三是它必须自行向整个系统提供这个实例。单例模式是一种对象创建型模式。

实现

1. 饿汉式

饿汉式提供了线程安全的单例，但是不支持懒加载，在第一次加载类到内存中时就会初始化（所以称之为饿汉，不管怎么样，先初始化了再说）。

/**
 * 饿汉式单例模式.
 *
 * @author BrightLoong.
 */
public class Singleton {

    /** 全局唯一实例. */
    private static final Singleton singleton = new Singleton();

    private Singleton() {}

    public static Singleton getSingleton() {
        return singleton;
    }

}

2. 非线程安全懒汉式

相对饿汉式，懒汉式提供了再需要时候初始化的方式，以下是非线程安全的实现方式，不建议使用。

/**
 * 非线程安全的懒汉式.
 *
 * @author BrightLoong.
 */
public class Singleton {

    private static Singleton singleton;

    private Singleton() {}

    /**
     * 通过懒加载的方式获取实例，但是非线程安全.
     * @return Singleton实例
     */
    public static Singleton getSingleton() {
        if (singleton == null) {
            singleton = new Singleton();
        }
        return singleton;
    }

}

3. 低效的线程安全懒汉式——使用synchronized

使用synchronized进行同步，虽然保证了线程安全，但是并不高效，比较单例模式只有在第一次创建的时候会存在线程安全问题，而不需要在创建单例后在以后的每一次调用还要进行同步。

/**
 * 低效的线程安全的懒汉式.
 *
 * @author BrightLoong.
 */
public class Singleton {

    private static Singleton singleton;

    private Singleton() {}

    /**
     * 通过 synchronized 关键字来保证线程安全，也是懒加载的方式来获取实例.
     * @return Singleton实例
     */
    public static synchronized Singleton getSingleton() {
        if (singleton == null) {
            singleton = new Singleton();
        }
        return singleton;
    }

}

4. 双重校验锁线程安全懒汉式

相对上面的同步方法，双重校验使用同步块解决线程安全问题。两次检查instance == null，一次是在同步块外，一次是在同步快内。为什么在同步块内还要检验一次，因为可能会有多个线程一起进入同步块外的if，如果在同步块内不进行二次检验的话就会生成多个实例了。

注：受限于Jdk5以前的Java内存模型，仍然会有bug，Java5及之后才能正常达到单例效果。

/**
 * 双重校验锁线程安全懒汉式.
 *
 * @author BrightLoong.
 */
public class Singleton {

    private static Singleton singleton;

    private Singleton() {}

    /**
     * 通过'双重校验锁'来更高效的保证线程安全，也是懒加载的方式来获取实例.
     * @return Singleton实例
     */
    public static Singleton getSingleton() {
        if (singleton == null) {
            synchronized (Singleton.class) {
                if (singleton == null) {
                    singleton = new Singleton();
                }
            }
        }
        return singleton;
    }

}

5. 枚举式

《Effective Java》一书中推荐使用枚举来实现单例模式，该方式简单可自由序列化；保证只有一个实例（即使使用反射机制也无法多次实例化一个枚举量），但是不支持懒加载。

/**
 * 枚举方式的单例.
 *
 * @author BrightLoong.
 */
public enum Singleton {

    INSTANCE;

}

6. 静态内部类

使用JVM本身机制保证了线程安全问题，其只有显式通过调用getInstance方法时，才会装载SingletonHolder类，从而实例化instance；同时读取实例的时候不会进行同步，没有性能缺陷，也不依赖JDK版本。

/**
 * 通过使用静态内部类的方式来实现懒加载且线程安全的创建单例.
 *
 * @author BrightLoong.
 */
public class Singleton {

    private Singleton() {}

    /**
     * 静态内部类.
     */
    private static final class SingletonHolder {

        private SingletonHolder() {}

        private static Singleton instance = new Singleton();

    }

    /**
     * 通过懒加载的方式获取Singleton唯一实例的方法.
     * @return Singleton实例
     */
    public static Singleton getInstance() {
        return SingletonHolder.instance;
    }

}

以上就是对单例模式的简单介绍，单例模式非常简单，其他的优缺点之类的不再赘述。