设计模式之——单例模式

1 概念

　　一个类有且仅有一个实例，并且自行实例化向整个系统提供。

2 适用场景

　　一些资源管理器构件必须只有一个实例。

3 实现以及优缺点

　　单例优点：提供了对唯一实例的受控访问，由于在系统内存中只存在一个对象，因此可以节约系统资源。

　　单例缺点：在一定程度上违背了单一职责原则。

3.1 饿汉模式

　　优点：在类被初始化的时候就在内存中创建了对象，故线程安全。

　　缺点：空间换时间

package Singleton;

/**
 * 饿汉模式
 */
public class SingletonOne {
    private SingletonOne instance = new SingletonOne();

    private SingletonOne() {
    }

    private SingletonOne getInstance() {
        return instance;
    }
}

3.2 懒汉模式

　　缺点：不用就不实例化，在方法被调用后才创建对象，在多线程下存在风险。为线程非安全方式。

package Singleton;

/**
 * 懒汉模式
 */
public class SingletonTwo {
    private SingletonTwo instance;

    private SingletonTwo() {
    }

    private SingletonTwo getInstance() {
        if (null == instance) {
            return new SingletonTwo();
        }
        return instance;
    }
}

3.3 线程安全的懒汉式

　　优点：线程安全。

　　缺点：由于每次调用都需要进行同步，而且大部分情况下实例是已经创建成功了，造成了不必要的同步开销，不建议用这种方式。

package Singleton;

/**
 * 线程安全的懒汉式
 */
public class SingletonThree {
    private SingletonThree instance;

    private SingletonThree() {
    }

    private synchronized SingletonThree getInstance() {
        if (null == instance) {
            return new SingletonThree();
        }
        return instance;
    }
}

3.4 双重检查模式的懒汉式DCL

　　该方法线程安全，声明为volatile实例对象，确保了多线程时的可见性，同时同步方法移步到代码块中，只有在该对象没有被实例化的时候才调用同步方法，节省了一部分开销。

　　特点：其一为用volatile修饰类实例对象；其二同步代码块。

package Singleton;

public class SingletonDcl {
　　//volatile修饰的值，在线程独有的工作内存中，线程直接和主内存交互，如果修改，则主内存立即可见。
    private volatile SingletonDcl instance = null; 

　　//私有构造器，使外部调用初始化时只能通过调用getInstance这个静态方法来获得实例。
    private SingletonDcl() {
    }

    private SingletonDcl getInstance() {
        if (null == instance) //首先进行非空判断。
　　　　　{
            synchronized (SingletonDcl.class)//对整个类进行加锁，限制当前对象只能被一个线程访问
　　　　　　　{
                return new SingletonDcl();
            }
        }
        return instance;
    }
}

3.5 静态内部类单例模式

　　特点：利用静态类只会加载一次的机制，由于在调用 SingletonHolder.instance 的时候，才会对单例进行初始化，故节省了内存开销。

package Singleton;

/**
 * 线程安全静态内部类
 */
public class SingletonStatic {
    private SingletonStatic() {
    }

    public static class SingletonHolder {
        private static SingletonStatic instance = new SingletonStatic();
    }

    private SingletonStatic getInstance() {
        return SingletonHolder.instance;
    }
}

4 举例实践

4.1 JDK Runtime，饿汉模式

　　java是单进程，由于一个java程序启动一个jvm进程，一个jvm进程对应一个Runtime实例，使应用程序能够与其运行的环境相连接。

public class Runtime {
    private static Runtime currentRuntime = new Runtime();

    /**
     * Returns the runtime object associated with the current Java application.
     * Most of the methods of class <code>Runtime</code> are instance
     * methods and must be invoked with respect to the current runtime object.
     *
     * @return  the <code>Runtime</code> object associated with the current
     *          Java application.
     */
    public static Runtime getRuntime() {
        return currentRuntime;
    }
}

4.2 Logger

5.扩展

问：为什有私有构造器

答：防止外部构造者直接实例化对象。

问：对象在实例化过程中的操作实例化空间如何计算

答：首先了解存储区域，请参考JVM读书笔记

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