Java 设计模式 (1) 单例模式

概述

单例模式是 23 种设计模式之一。顾名思义，即在应用环境中一个类只能创建一个对象实例，这样处理是因为有些场景如：线程池、缓存、日志对象、打印机对象等只能有一个实例，若有多个，则会产生程序、资源等等问题。单例模式的简要定义为：**确保一个类只有一个实例，并提供一个全局访问点。 **

注意：

1. 以下讨论均在一个类加载器、一个 JVM 前提下；
2. 以下讨论不涉及反射机制。

方法一：延迟实例化方式（非线程安全）

单例模式的实现方式很简单，即将构造器设为私有（private），不允许其他类通过 new 方式创建对象，并对外提供一个返回该类实例的接口。具体代码如下：

public class Singleton{  
  private Singleton(){} 
  //将构造器设为私有 
  private static Singleton singleton; 
  public Singleton getSingleton(){  
      if(singleton==null){  
         singleton=new Singleton();  
	  }  return singleton;  
  } 
} 

该类将构造器设为 private，则只有该类内部可以通过 new 创建实例，同时对外提供 getSingleton()方法，调用该方法返回一个实例。（若实例未创建，则创建，创建后始终返回该实例） 此种方式在需要该类实例时才会创建，可以称之为“延迟实例化“的方式（也称为“懒汉模式“）。另外重要的是，此种方法是非线程安全的。 试想若有 2 个线程同时到达 if(singleton==null)的判断中，并且都得到 true，则就会产生两个实例，破坏单例模式的约束。

方法二：双重检查加锁

若想在多线程环境中应用单例模式，还需要对刚才的方法加以改变，将创建的实例看做共享的资源，当需要创建资源时加锁控制访问，操作完成后释放锁。

public class Singleton{  
  private Singleton(){}  
  private volatile static Singleton singleton;  
  public static Singleton getSingleton(){  
       if(singleton==null){  //检查实例，若未创建进入同步块  
	     synchronized(Singleton.class){ 
	       //同步块开始  
	        if(singleton==null){ //进入同步块后再检查一次，防止出现2个线程同时通过第一次检查的情况（当时还未同步）  
	          singleton= new Singleton();  
		    } 
	      } //同步块结束  
	    } 
		return singleton; 
  }  
} 

volatile 关键字的含义，简单来说即：告诉 JVM，对于这个成员变量不能保存它的私有拷贝，而应直接与共享成员变量交互。 singleton= new Singleton()这句话不是原子操作，其主要包含 3 步：

1. 给 Singleton 分配空间；
2. 初始化 Singleton 的构造函数;
3. 将分配的空间地址返回给实例。

java 编译器允许处理器乱序执行以提高执行效率，因此在实际执行中可能是 1-2-3，也可能是 1-3-2。若是 1-3-2，若当线程 1 执行完 3 后轮到线程 2 执行，此时线程 1 由于执行了 3，singleton 已不为空，而未执行构造函数等操作，因此得到的为不完整的实例，线程 2 使用该实例时就会出错。 另外需要注意的是：双重检查加锁方法必须是 JDK1.5 或以后版本才支持。

方法三：初始实例化（“饿汉模式”）

以上使用线程加锁的方式可以解决多线程的方式，不过有些麻烦，还要考虑性能的一些影响。JVM 可以保证一个类只被加载一次，因此可以考虑下面的方法

public class Singleton{ 

  private Singleton(){} 
  
  private static Singleton singleton = new Singleton();  
  public Singleton getSingleton(){  
     if(singleton==null){  
	    singleton = new Singleton();  
      }  
	  return singleton;  
	  }  
  }

此种方法在类被初次记载时即初始化了该类实例，不存在线程安全问题。但如果该类创建需配置文件时该方法就无能为力了。

参考文献
1、《Head First 设计模式》

2、 http://crud0906.iteye.com/blog/576321