# 单例模式 ## 单例模式主要内容 * 什么是单例模式 * 单例模式类图 * 单例模式代码 * 单例模式的应用 ## 定义单例模式（Singleton Pattern），顾名思义，就是被单例的对象只能有一个实例存在。单例模式的实现方式是，一个类能返回对象的一个引用（永远是同一个）和一个获得该唯一实例的方法（必须是静态方法）。通过单例模式，我们可以保证系统中只有一个实例，从而在某些特定的场合下达到节约或者控制系统资源的目的。 ## 单例模式类图 ## 单例模式示例代码Talk is cheap, show me the code. * 饿汉模式：最常见、最简单的单例模式写法之一。顾名思义，“饿汉模式” 就是很 “饥渴”，所以一上来就需要给它新建一个实例。但这种方法有一个明显的缺点，那就是不管有没有调用过获得实例的方法（本例中为 getWife() ），每次都会新建一个实例。 ``` // 饿汉模式 public class Wife { // 一开始就新建一个实例 private static final Wife wife = new Wife(); // 默认构造方法 private Wife() {} // 获得实例的方法 public static Wife getWife() { return wife; } } ``` * 懒汉模式最常见、最简单的单例模式之二，跟 “饿汉模式” 是 “好基友”。再次顾名思义，“懒汉模式” 就是它很懒，一开始不新建实例，只有当它需要使用的时候，会先判断实例是否为空，如果为空才会新建一个实例来使用。 ``` // 懒汉模式 public class Wife { //一开始没有新建实例 private static Wife wife; private Wife() { } // 需要时再新建 public static Wife getWife() { if (wife == null) { wife = new Wife(); } return wife; } } ``` * 线程安全的懒汉模式是不是感觉很简单？但是上面的懒汉模式却存在一个严重的问题。那就是如果有多个线程并行调用 getWife() 方法的时候，还是会创建多个实例，单例模式就失效了。简单，我们在基本的懒汉模式上，把它设为线程同步（synchronized）就好了。synchronized 的作用就是保证在同一时刻最多只有一个线程运行，这样就避免了多线程带来的问题。关于 synchronized 关键字，你可以点击这里了解更多。 ``` // 懒汉模式（线程安全） public class Wife { private static Wife wife; private Wife() { } // 添加了 synchronized 关键字 public static synchronized Wife getWife() { if (wife == null) { wife = new Wife(); } return wife; } } ``` * 双重检验锁（double check）线程安全的懒汉模式解决了多线程的问题，看起来完美了。但是它的效率不高，每次调用获得实例的方法 getWife() 时都要进行同步，但是多数情况下并不需要同步操作（例如我的 wife 实例并不为空可以直接使用的时候，就不需要给 getWife() 加同步方法，直接返回 wife 实例就可以了）。所以只需要在第一次新建实例对象的时候，使用同步方法。 ``` // 双重锁的 getWife() 方法 public static Wife getWife() { // 第一个检验锁，如果不为空直接返回实例对象，为空才进入下一步 if (wife == null) { synchronized (Wife.class) { //第二个检验锁，因为可能有多个线程进入到 if 语句内 if (wife == null) { wife = new Wife(); } } } return wife ; } ``` 你以为这终于圆满了？NO...Too young, too naive! 主要问题在于 wife = new Wife() 这句代码，因为在 JVM（Java 虚拟机）执行这句代码的时候，要做好几件事情，而 JVM 为了优化代码，有可能造成做这几件事情的执行顺序是不固定的，从而造成错误。（为了不把问题更加复杂化，这里没有深入讲解在 JVM 中具体是怎么回事，有兴趣的同学可以点击这里自行了解下。）这个时候，我们需要给实例加一个 volatile 关键字，它的作用就是防止编译器自行优化代码。最后，我们的 “双重检验锁” 版本终于出炉了 ``` // 双重检验锁 public class Wife { private volatile static Wife wife; private Wife() { } public static Wife getWife() { if (wife == null) { synchronized(Wife.class) { if (wife == null) { wife = new Wife(); } } } return wife; } } ``` * 静态内部类 volatile 关键字在某些老版本的 JDK 中无法正常工作。咱们得换一种方法，即 “静态内部类”。这种方式，利用了 JVM 自身的机制来保证线程安全，因为 WifeHolder 类是私有的，除了 getWife() 之外没有其它方式可以访问实例对象，而且只有在调用 getWife() 时才会去真正创建实例对象。（这里类似于 “懒汉模式”） ``` // 静态内部类 public class Wife { private static class WifeHolder { private static final Wife wife = new Wife(); } private Wife() { } public static Wife getWife() { return WifeHolder.wife; } } ``` * 枚举如下，代码简直是简单得不能再简单了。我们可以通过 Wife.INSTANCE 来访问实例对象，这比 getWife() 要简单得多，而且创建枚举默认就是线程安全的，还可以防止反序列化带来的问题。这么优（niu）雅（bi）的方法，来自于新版《Effective Java》这本书。这种方式虽然不常用，但是最为推荐。 ``` // 枚举 public enum Wife { INSTANCE; // 自定义的其他任意方法 public void whateverMethod() { } } ``` ## 单例模式应用当你只需要一个实例对象的时候，就可以考虑使用单例模式。比如在资源共享的情况下，避免由于多个资源操作导致的性能或损耗等就可以使用单例模式。 ## 小结 Java Design Pattern: Singleton shiyanlou

“Java进阶之设计模式”实验报告