本文繼續(xù)介紹23種設(shè)計(jì)模式系列之單例模式。

概念：
　　java中單例模式是一種常見的設(shè)計(jì)模式，單例模式的寫法有好幾種，這里主要介紹三種：懶漢式單例、餓漢式單例、登記式單例。
　　單例模式有以下特點(diǎn)：
　　1、單例類只能有一個(gè)實(shí)例。
　　2、單例類必須自己創(chuàng)建自己的唯一實(shí)例。
　　3、單例類必須給所有其他對(duì)象提供這一實(shí)例。
　　單例模式確保某個(gè)類只有一個(gè)實(shí)例，而且自行實(shí)例化并向整個(gè)系統(tǒng)提供這個(gè)實(shí)例。在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中，線程池、緩存、日志對(duì)象、對(duì)話框、打印機(jī)、顯卡的驅(qū)動(dòng)程序?qū)ο蟪１辉O(shè)計(jì)成單例。這些應(yīng)用都或多或少具有資源管理器的功能。每臺(tái)計(jì)算機(jī)可以有若干個(gè)打印機(jī)，但只能有一個(gè)Printer Spooler，以避免兩個(gè)打印作業(yè)同時(shí)輸出到打印機(jī)中。每臺(tái)計(jì)算機(jī)可以有若干通信端口，系統(tǒng)應(yīng)當(dāng)集中管理這些通信端口，以避免一個(gè)通信端口同時(shí)被兩個(gè)請(qǐng)求同時(shí)調(diào)用?？傊x擇單例模式就是為了避免不一致狀態(tài)，避免政出多頭。

一、懶漢式單例

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1. //懶漢式單例類.在第一次調(diào)用的時(shí)候?qū)嵗约?nbsp;  
2. public class Singleton {  
3.     private Singleton() {}  
4.     private static Singleton single=null;  
5.     //靜態(tài)工廠方法   
6.     public static Singleton getInstance() {  
7.          if (single == null) {    
8.              single = new Singleton();  
9.          }    
10.         return single;  
11.     }  
12. }  

（事實(shí)上，通過Java反射機(jī)制是能夠?qū)嵗瘶?gòu)造方法為private的類的，那基本上會(huì)使所有的Java單例實(shí)現(xiàn)失效。此問題在此處不做討論，姑且掩耳盜鈴地認(rèn)為反射機(jī)制不存在。）

但是以上懶漢式單例的實(shí)現(xiàn)沒有考慮線程安全問題，它是線程不安全的，并發(fā)環(huán)境下很可能出現(xiàn)多個(gè)Singleton實(shí)例，要實(shí)現(xiàn)線程安全，有以下三種方式，都是對(duì)getInstance這個(gè)方法改造，保證了懶漢式單例的線程安全，如果你第一次接觸單例模式，對(duì)線程安全不是很了解，可以先跳過下面這三小條，去看餓漢式單例，等看完后面再回頭考慮線程安全的問題：

1、在getInstance方法上加同步

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1. public static synchronized Singleton getInstance() {  
2.          if (single == null) {    
3.              single = new Singleton();  
4.          }    
5.         return single;  
6. }  

2、雙重檢查鎖定

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1. public static Singleton getInstance() {  
2.         if (singleton == null) {    
3.             synchronized (Singleton.class) {    
4.                if (singleton == null) {    
5.                   singleton = new Singleton();   
6.                }    
7.             }    
8.         }    
9.         return singleton;   
10.     }  

3、靜態(tài)內(nèi)部類

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1. public class Singleton {    
2.     private static class LazyHolder {    
3.        private static final Singleton INSTANCE = new Singleton();    
4.     }    
5.     private Singleton (){}    
6.     public static final Singleton getInstance() {    
7.        return LazyHolder.INSTANCE;    
8.     }    
9. }    

二、餓漢式單例

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1. //餓漢式單例類.在類初始化時(shí)，已經(jīng)自行實(shí)例化   
2. public class Singleton1 {  
3.     private Singleton1() {}  
4.     private static final Singleton1 single = new Singleton1();  
5.     //靜態(tài)工廠方法   
6.     public static Singleton1 getInstance() {  
7.         return single;  
8.     }  
9. }  

三、登記式單例(可忽略)

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1. //類似Spring里面的方法，將類名注冊(cè)，下次從里面直接獲取。  
2. public class Singleton3 {  
3.     private static Map<String,Singleton3> map = new HashMap<String,Singleton3>();  
4.     static{  
5.         Singleton3 single = new Singleton3();  
6.         map.put(single.getClass().getName(), single);  
7.     }  
8.     //保護(hù)的默認(rèn)構(gòu)造子  
9.     protected Singleton3(){}  
10.     //靜態(tài)工廠方法,返還此類惟一的實(shí)例  
11.     public static Singleton3 getInstance(String name) {  
12.         if(name == null) {  
13.             name = Singleton3.class.getName();  
14.             System.out.println("name == null"+"--->name="+name);  
15.         }  
16.         if(map.get(name) == null) {  
17.             try {  
18.                 map.put(name, (Singleton3) Class.forName(name).newInstance());  
19.             } catch (InstantiationException e) {  
20.                 e.printStackTrace();  
21.             } catch (IllegalAccessException e) {  
22.                 e.printStackTrace();  
23.             } catch (ClassNotFoundException e) {  
24.                 e.printStackTrace();  
25.             }  
26.         }  
27.         return map.get(name);  
28.     }  
29.     //一個(gè)示意性的商業(yè)方法  
30.     public String about() {      
31.         return "Hello, I am RegSingleton.";      
32.     }      
33.     public static void main(String[] args) {  
34.         Singleton3 single3 = Singleton3.getInstance(null);  
35.         System.out.println(single3.about());  
36.     }  
37. }  

 登記式單例實(shí)際上維護(hù)了一組單例類的實(shí)例，將這些實(shí)例存放在一個(gè)Map（登記?。┲校瑢?duì)于已經(jīng)登記過的實(shí)例，則從Map直接返回，對(duì)于沒有登記的，則先登記，然后返回。 

這里我對(duì)登記式單例標(biāo)記了可忽略，我的理解來(lái)說，首先它用的比較少，另外其實(shí)內(nèi)部實(shí)現(xiàn)還是用的餓漢式單例，因?yàn)槠渲械膕tatic方法塊，它的單例在類被裝載的時(shí)候就被實(shí)例化了。

餓漢式和懶漢式區(qū)別

從名字上來(lái)說，餓漢和懶漢，

餓漢就是類一旦加載，就把單例初始化完成，保證getInstance的時(shí)候，單例是已經(jīng)存在的了，

而懶漢比較懶，只有當(dāng)調(diào)用getInstance的時(shí)候，才回去初始化這個(gè)單例。

另外從以下兩點(diǎn)再區(qū)分以下這兩種方式：

1、線程安全：

餓漢式天生就是線程安全的，可以直接用于多線程而不會(huì)出現(xiàn)問題，

懶漢式本身是非線程安全的，為了實(shí)現(xiàn)線程安全有幾種寫法，分別是上面的1、2、3，這三種實(shí)現(xiàn)在資源加載和性能方面有些區(qū)別。

2、資源加載和性能：

餓漢式在類創(chuàng)建的同時(shí)就實(shí)例化一個(gè)靜態(tài)對(duì)象出來(lái)，不管之后會(huì)不會(huì)使用這個(gè)單例，都會(huì)占據(jù)一定的內(nèi)存，但是相應(yīng)的，在第一次調(diào)用時(shí)速度也會(huì)更快，因?yàn)槠滟Y源已經(jīng)初始化完成，

而懶漢式顧名思義，會(huì)延遲加載，在第一次使用該單例的時(shí)候才會(huì)實(shí)例化對(duì)象出來(lái)，第一次調(diào)用時(shí)要做初始化，如果要做的工作比較多，性能上會(huì)有些延遲，之后就和餓漢式一樣了。

至于1、2、3這三種實(shí)現(xiàn)又有些區(qū)別，

第1種，在方法調(diào)用上加了同步，雖然線程安全了，但是每次都要同步，會(huì)影響性能，畢竟99%的情況下是不需要同步的，

第2種，在getInstance中做了兩次null檢查，確保了只有第一次調(diào)用單例的時(shí)候才會(huì)做同步，這樣也是線程安全的，同時(shí)避免了每次都同步的性能損耗

第3種，利用了classloader的機(jī)制來(lái)保證初始化instance時(shí)只有一個(gè)線程，所以也是線程安全的，同時(shí)沒有性能損耗，所以一般我傾向于使用這一種。

什么是線程安全？

如果你的代碼所在的進(jìn)程中有多個(gè)線程在同時(shí)運(yùn)行，而這些線程可能會(huì)同時(shí)運(yùn)行這段代碼。如果每次運(yùn)行結(jié)果和單線程運(yùn)行的結(jié)果是一樣的，而且其他的變量的值也和預(yù)期的是一樣的，就是線程安全的。

或者說：一個(gè)類或者程序所提供的接口對(duì)于線程來(lái)說是原子操作，或者多個(gè)線程之間的切換不會(huì)導(dǎo)致該接口的執(zhí)行結(jié)果存在二義性,也就是說我們不用考慮同步的問題，那就是線程安全的。

應(yīng)用

以下是一個(gè)單例類使用的例子，以懶漢式為例，這里為了保證線程安全，使用了雙重檢查鎖定的方式：

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1. public class TestSingleton {  
2.     String name = null;  
3.   
4.         private TestSingleton() {  
5.     }  
6.   
7.     private static volatile TestSingleton instance = null;  
8.   
9.     public static TestSingleton getInstance() {  
10.            if (instance == null) {    
11.              synchronized (TestSingleton.class) {    
12.                 if (singleton == null) {    
13.                    singleton = new TestSingleton();   
14.                 }    
15.              }    
16.            }   
17.            return instance;  
18.     }  
19.   
20.     public String getName() {  
21.         return name;  
22.     }  
23.   
24.     public void setName(String name) {  
25.         this.name = name;  
26.     }  
27.   
28.     public void printInfo() {  
29.         System.out.println("the name is " + name);  
30.     }  
31.   
32. }  

可以看到里面加了volatile關(guān)鍵字來(lái)聲明單例對(duì)象，既然synchronized已經(jīng)起到了多線程下原子性、有序性、可見性的作用，為什么還要加volatile呢，原因已經(jīng)在下面評(píng)論中提到，

還有疑問可參考http://www./topic/652440
和http://www.cs./~pugh/java/memoryModel/DoubleCheckedLocking.html

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1. public class TMain {  
2.     public static void main(String[] args){  
3.         TestStream ts1 = TestSingleton.getInstance();  
4.         ts1.setName("jason");  
5.         TestStream ts2 = TestSingleton.getInstance();  
6.         ts2.setName("0539");  
7.           
8.         ts1.printInfo();  
9.         ts2.printInfo();  
10.           
11.         if(ts1 == ts2){  
12.             System.out.println("創(chuàng)建的是同一個(gè)實(shí)例");  
13.         }else{  
14.             System.out.println("創(chuàng)建的不是同一個(gè)實(shí)例");  
15.         }  
16.     }  
17. }  

 運(yùn)行結(jié)果：

結(jié)論：由結(jié)果可以得知單例模式為一個(gè)面向?qū)ο蟮膽?yīng)用程序提供了對(duì)象惟一的訪問點(diǎn)，不管它實(shí)現(xiàn)何種功能，整個(gè)應(yīng)用程序都會(huì)同享一個(gè)實(shí)例對(duì)象。

對(duì)于單例模式的幾種實(shí)現(xiàn)方式，知道餓漢式和懶漢式的區(qū)別，線程安全，資源加載的時(shí)機(jī)，還有懶漢式為了實(shí)現(xiàn)線程安全的3種方式的細(xì)微差別。