设计模式之（一.1）单例

 来自：http://www.jdon.com/designpatterns/singleton.htm

单态定义:
Singleton模式主要作用是保证在Java应用程序中，一个类Class只有一个实例存在。

在很多操作中，比如建立目录 数据库连接都需要这样的单线程操作。

还有, singleton能够被状态化; 这样，多个单态类在一起就可以作为一个状态仓库一样向外提供服务，比如，你要论坛中的帖子计数器，每次浏览一次需要计数，单态类能否保持住这个计数，并且能synchronize的安全自动加1，如果你要把这个数字永久保存到数据库，你可以在不修改单态接口的情况下方便的做到。

另外方面，Singleton也能够被无状态化。提供工具性质的功能，

Singleton模式就为我们提供了这样实现的可能。使用Singleton的好处还在于可以节省内存，因为它限制了实例的个数，有利于Java垃圾回收（garbage collection）。

我们常常看到工厂模式中类装入器(class loader)中也用Singleton模式实现的,因为被装入的类实际也属于资源。

 

如何使用?
一般Singleton模式通常有几种形式:

public class Singleton {

　　private Singleton(){}

　　//在自己内部定义自己一个实例，是不是很奇怪？
　　//注意这是private 只供内部调用

　　private static Singleton instance = new Singleton();

　　//这里提供了一个供外部访问本class的静态方法，可以直接访问　　
　　public static Singleton getInstance() {
　　　　return instance; 　　
　　 } 
}

 

第二种形式:

public class Singleton {

　　private static Singleton instance = null;

　　public static synchronized Singleton getInstance() {

　　if (instance==null)
　　　　instance＝new Singleton();
　　return instance; 　　}

}

 

使用Singleton.getInstance()可以访问单态类。

上面第二中形式是lazy initialization，也就是说第一次调用时初始Singleton，以后就不用再生成了。

注意到lazy initialization形式中的synchronized，这个synchronized很重要，如果没有synchronized，那么使用getInstance()是有可能得到多个Singleton实例。关于lazy initialization的Singleton有很多涉及double-checked locking (DCL)的讨论，有兴趣者进一步研究。

一般认为第一种形式要更加安全些。

 

 

第一种（懒汉，线程不安全）：

 1 public class Singleton {  
 2     private static Singleton instance;  
 3     private Singleton (){}   
 4     public static Singleton getInstance() {  
 5     if (instance == null) {  
 6         instance = new Singleton();  
 7     }  
 8     return instance;  
 9     }  
10 }  
11 

 

 

这种写法lazy loading很明显，但是致命的是在多线程不能正常工作。

第二种（懒汉，线程安全）：

 

 1 public class Singleton {  
 2     private static Singleton instance;  
 3     private Singleton (){}
 4     public static synchronized Singleton getInstance() {  
 5     if (instance == null) {  
 6         instance = new Singleton();  
 7     }  
 8     return instance;  
 9     }  
10 }  
11 

这种写法能够在多线程中很好的工作，而且看起来它也具备很好的lazy loading，但是，遗憾的是，效率很低，99%情况下不需要同步。

第三种（饿汉）：

 

1 public class Singleton {  
2     private static Singleton instance = new Singleton();  
3     private Singleton (){}
4     public static Singleton getInstance() {  
5     return instance;  
6     }  
7 }  
8 

这种方式基于classloder机制避免了多线程的同步问题，不过，instance在类装载时就实例化，虽然导致类装载的原因有很多种，在单例模式中大多数都是调用getInstance方法， 但是也不能确定有其他的方式（或者其他的静态方法）导致类装载，这时候初始化instance显然没有达到lazy loading的效果。

第四种（饿汉，变种）：

 

 1 public class Singleton {  
 2     private Singleton instance = null;  
 3     static {  
 4     instance = new Singleton();  
 5     }  
 6     private Singleton (){}
 7     public static Singleton getInstance() {  
 8     return this.instance;  
 9     }  
10 }  
11 

表面上看起来差别挺大，其实更第三种方式差不多，都是在类初始化即实例化instance。

第五种（静态内部类）：

 1 public class Singleton {  
 2     private static class SingletonHolder {  
 3     private static final Singleton INSTANCE = new Singleton();  
 4     }  
 5     private Singleton (){}
 6     public static final Singleton getInstance() {  
 7         return SingletonHolder.INSTANCE;  
 8     }  
 9 }  
10 

 

这种方式同样利用了classloder的机制来保证初始化instance时只有一个线程，它跟第三种和第四种方式不同的是（很细微的差别）：第三种和第四种方式是只要Singleton类被装载了，那么instance就会被实例化（没有达到lazy loading效果），而这种方式是Singleton类被装载了，instance不一定被初始化。因为SingletonHolder类没有被主动使用，只有显示通过调用getInstance方法时，才会显示装载SingletonHolder类，从而实例化instance。想象一下，如果实例化instance很消耗资源，我想让他延迟加载，另外一方面，我不希望在Singleton类加载时就实例化，因为我不能确保Singleton类还可能在其他的地方被主动使用从而被加载，那么这个时候实例化instance显然是不合适的。这个时候，这种方式相比第三和第四种方式就显得很合理。

第六种（枚举）：

1 public enum Singleton {  
2     INSTANCE;  
3     public void whateverMethod() {  
4     }  
5 }  
6 

这种方式是Effective Java作者Josh Bloch 提倡的方式，它不仅能避免多线程同步问题，而且还能防止反序列化重新创建新的对象，可谓是很坚强的壁垒啊，不过，个人认为由于1.5中才加入enum特性，用这种方式写不免让人感觉生疏，在实际工作中，我也很少看见有人这么写过。
 

第七种（双重校验锁）：

 

 1 public class Singleton {  
 2     private volatile static Singleton singleton;  
 3     private Singleton (){}   
 4     public static Singleton getSingleton() {  
 5     if (singleton == null) {  
 6         synchronized (Singleton.class) {  
 7         if (singleton == null) {  
 8             singleton = new Singleton();  
 9         }  
10         }  
11     }  
12     return singleton;  
13     }  
14 }  
15 

这个是第二种方式的升级版，俗称双重检查锁定，详细介绍请查看：http://www.ibm.com/developerworks/cn/java/j-dcl.html

在JDK1.5之后，双重检查锁定才能够正常达到单例效果。