JAVA设计模式之单例模式

Java单例模式详解

单例模式是Java中一种常见的设计模式，主要有懒汉式、饿汉式、登记式三种。

单例模式特点：

　　 1、单例类只能有一个实例。

　　 2、单例类必须自己创建自己的唯一实例。

　　 3、单例类必须给所有其他对象提供这一实例。

单例模式例子：计算机系统中，线程池、缓存、日志对象、对话框、打印机、显卡的驱动程序对象常被设计成单例。

一、懒汉式

//懒汉式单例模式，在第一次调用的时候实例化自己
public class Singleton1 {
private static Singleton1 single = null;
private Singleton1(){}
public static Singleton1 getInstance(){
if(single == null){
single = new Singleton1();
}
return single;
}
}

上面的懒汉式单例的实现没有考虑线程安全问题，它是线程不安全的，并发环境下很可能出现多个Singleton实例，要实现线程安全，可以使用以下三种方式，都是对getInstance这个方法改造，保证了懒汉式单例的线程安全。

//1、在getInstance方法上加同步
public static synchronized Singleton1 getInstance() {
if(single == null){
single = new Singleton();
}
return single;
}

//2、双重检查锁定
public static Singleton getInstance() {
if(singleton == null){
synchronized (Singleton.class){
if(singleton == null){
singleton = new Singleton();
}
}
}
return singleton;
}

//3、静态内部类   优点：加载时不会初始化静态变量INSTANCE，因为没有主动使用，达到Lazy loading
public class Singleton1{
private static class SingleHolder {
private static final Singleton1 INSTANCE = new Singleton();
}
private Singleton(){}
public static final Singleton getInstance(){
return SingleHolder INSTANCE;
}
}

饿汉式

//饿汉式单例，在类初始化时，就自行实例化
public class Singleton2{
private Singleton2(){}
private static final Singleton2 single = new Singleton2();
public static Singleton2 getInstance(){
return single;
}
}

饿汉式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，所以天生是线程安全的。

登记式

//类似Spring里面的方法，将类名注册，下次从里面直接获取。
public class Singleton3 {
private static Map<String,Singleton3> map = new HashMap<String,Singleton3>();
static{
Singleton3 single = new Singleton3();
map.put(single.getClass().getName(), single);
}
//保护的默认构造子
protected Singleton3(){}
//静态工厂方法,返还此类惟一的实例
public static Singleton3 getInstance(String name) {
if(name == null) {
name = Singleton3.class.getName();
System.out.println("name == null"+"--->name="+name);
}
if(map.get(name) == null) {
try {
map.put(name, (Singleton3) Class.forName(name).newInstance());
} catch (InstantiationException e) {
e.printStackTrace();
} catch (IllegalAccessException e) {
e.printStackTrace();
} catch (ClassNotFoundException e) {
e.printStackTrace();
}
}
return map.get(name);
}
//一个示意性的商业方法
public String about() {
return "Hello, I am RegSingleton.";
}
public static void main(String[] args) {
Singleton3 single3 = Singleton3.getInstance(null);
System.out.println(single3.about());
}
}

登记式单例实际上维护了一组单例类的实例，将这些实例存放在一个Map（登记薄）中，对于已经登记过的实例，则从Map直接返回，对于没有登记的，则先登记，然后返回。 其实内部实现还是用的饿汉式单例，因为其中的static方法块，它的单例在类被装载的时候就被实例化了。

饿汉式与懒汉式的区别是：

饿汉就是类一旦加载，就把单例初始化完成，保证getInstance的时候，单例是已经存在的了；而懒汉比较懒，只有当调用getInstance的时候，才回去初始化这个单例。

饿汉式天生就是线程安全的，可以直接用于多线程而不会出现问题，懒汉式本身是非线程安全的，为了实现线程安全有几种写法，分别是上面的1、2、3，这三种实现在资源加载和性能方面有些区别。

资源加载和性能方面：饿汉式在类创建的同时就实例化一个静态对象出来，不管之后会不会使用这个单例，都会占据一定的内存，但是相应的，在第一次调用时速度也会更快，因为其资源已经初始化完成；而懒汉式顾名思义，会延迟加载，在第一次使用该单例的时候才会实例化对象出来，第一次调用时要做初始化，如果要做的工作比较多，性能上会有些延迟，之后就和饿汉式一样了。

在资源加载与性能方面，懒汉式的三种方法也有些区别：

第1种，在方法调用上加了同步，虽然线程安全了，但是每次都要同步，会影响性能，毕竟99%的情况下是不需要同步的。

第2种，在getInstance中做了两次null检查，确保了只有第一次调用单例的时候才会做同步，这样也是线程安全的，同时避免了每次都同步的性能损耗

第3种，利用了classloader的机制来保证初始化instance时只有一个线程，所以也是线程安全的，同时没有性能损耗。