单例模式

一、概述

单例设计模式：一个类只允许创建一个对象或者实例（唯一的范围：进程），那这个类就是一个单例类，这种设计模式即为单例设计模式。

为什么需要单例模式 ？

1、用于标识全局唯一的类（配置类、连接池类、ID生成器） 2、解决资源访问冲突的问题

为什么不用静态方法而用单例模式？

两个都能实现我们加载的目的，静态方法基于对象的，单例模式是面向对象的。一个方法和所在的实例对象无关，那么它可以为静态方法。当方法与实例有关，但是在创建类时又只需要一份实例，则需要单例模式。（如电商中的类包含一些配置和属性并且是公共的，所以只需要一份就可以了）

二、实现

需要注意的点：

• 构造函数需要被 private 访问修饰符修饰，避免外部通过 new 关键字创建实例
• 对象创建时的线程安全问题
• 是否需要延时加载
• 考虑 getInstance() 性能是否高（是否加锁）

2.1 饿汉式

instance 静态实例在类加载时已经创建并初始化好了

public class Singleton {
    // 创建实例对象
    private static Singleton instance = new Singleton();

    // private修饰，构造器私有化
    private Singleton() {
    }

	// 静态方法获取实例对象
    public static Singleton getInstance() {
        return instance;
    }
}

2.2 懒汉式

相比于饿汉式，懒汉式的优势是支持延迟加载（当真正需要实例时，创建实例），懒汉式需要在方法上进行加锁（不加锁会出现并发问题），并发度为 1 ，如果频繁的用到这个单例，就会频繁加锁和释放锁等问题，这种方式则不可取。

public class Singleton {

    private static Singleton instance;

    private Singleton() {
    }


    public static synchronized Singleton getInstance() {
        // 判断实例对象是否创建
        if (instance == null) {
            // 未创建则创建对象
            instance = new Singleton();
        }
        return instance;
    }
}

2.3 双重检测

懒汉式的问题在于性能问题，不支持高并发问题。通过双重检测，只要 instance 被创建后，再调用 getInstance() 函数不会进入锁逻辑中，解决了懒汉式并发度低的问题。

public class Singleton {

    private static volatile Singleton instance;

    private Singleton() {
    }


    public static Singleton getInstance() {
        // 判断实例对象是否创建
        if (instance == null) {
            synchronized (Singleton.class) {
                if (instance == null) {
                    // 未创建则创建对象
                    instance = new Singleton();
                }
            }
        }
        return instance;
    }
}

对于实例变量需要使用 volatile 关键字修饰，原因：创建一个对象分为三步：1. 分配内存空间 2. 初始化内存空间 3. 将内存地址赋值给变量，由于指令重排可能顺序变为：1—> 3 —> 2 ，导致一个线程拿到未初始化的对象，所以需要加 volatile 禁止指令重排，并且可以保证多个线程间该对象的准确性。

2.4 静态内部类

利用 Java 的静态内部类，当外部类 IdGenerator 被加载时，并不会创建 Singleton 实例对象，只有当调用 getInstance() 方法时，IdGenerator 会被创建实例，实例创建过程的线程安全性，由 JVM 保证。

public class IdGenerator {
    private IdGenerator() {}
    
    private static class Singleton {
        private static final IdGenerator instance = new IdGenerator();
    }
    
    public static IdGenerator getInstance() {
        return Singleton.instance;
    }
}

2.5 枚举

通过 Java 枚举本身的性质，保证了实例的线程安全性和实例的唯一性。

public enum Singleton {
    INSTANCE;
}

三、存在的问题

1. 对OOP(封装、抽象、继承、多态)特性不友好

单例模式违背了基于接口而非实现的设计原则（当需要两个独立的ID生成器时，就会产生较大的变动）

2. 单例会隐藏类之间的依赖关系

3. 对扩展不友好（当代码中需要多个实例时，代码改动较大）

4. 单例不支持有参数的构造函数

要解决以上问题，可以通过工程模式、IOC容器、程序员自己保证来解决。