学习笔记-设计模式-创建型模式-单例模式

单例模式

一个类只有一个实例，并提供一个全局访问此实例的点，哪怕多线程同时访问。

单例模式主要解决了一个全局使用的类被频繁的创建和消费的问题。

单例模式的案例场景

• 数据库的连接池不会反复创建
• spring中一个单例模式bean的生成和使用
• 在我们平常的代码中需要设置全局的一些属性保存

七种单例模式的实现

1.懒汉模式（线程不安全，懒加载）

public static class Singleton_01 {
    private static Singleton_01 instance;

    private Singleton_01() {}

    public static Singleton_01 getInstance() {
        if (null != instance) {
            return instance;
        }
        instance = new Singleton_01();
        return instance;
    }
}

非常标准且简单地单例模式。

满足了懒加载，但是线程不安全。

2.懒汉模式（线程安全，懒加载）

public static class Singleton_02 {
    private static Singleton_02 instance;

    private Singleton_02() {}

    public static synchronized Singleton_02 getInstance() {
        if (null != instance) {
            return instance;
        }
        instance = new Singleton_02();
        return instance;
    }
}

线程安全，但是效率低，不建议使用。

3.饿汉模式（线程安全）

public class Singleton_03 {
    private static Singleton_03 instance = new Singleton_03();

    private Singleton_03() { }

    public static Singleton_03 getInstance() {
        return instance;
    }   
}

饿汉模式，在程序启动的时候直接运行加载。

4.使用内部静态类（线程安全、懒加载）

public class Singleton_04 {
    private static class SingletonHolder {
        private static Singleton_04 instance = new Singleton_04();
    }

    private Singleton_04() { }

    public static Singleton_04 getInstance() {
        return SingletonHolder.instance;
    }
}

通过内部静态类实现了懒加载和线程安全，推荐使用。

5.锁+双重校验（线程安全，懒加载）

private class Singleton_05 {
    private static volatile Singleton_05 instance;

    private Singleton_05() { }

    public static Singleton_05 getInstance() {
        if (null != instance) {
            return instance;
        }
        synchronized (Singleton_05.class) {
            if (null == instance) {
                instance = new Singleton_05();
            }
        }
        return instance;
    }
}

相较于线程安全的懒汉模式，这种方法效率更高。

6.CAS【AtomicReference】（懒加载，线程安全）

public class Singleton_06 {
    private static final AtomicReference<Singleton_06> INSTANCE = new AtomicReference<Singleton_06>();

    private Singleton_06() {  }

    public static final Singleton_06 getInstance() {
        for(;;) {
            Singleton_06 instance = INSTANCE.get();
            if (null != instance) {
                return instance;
            }
            INSTANCE.compareAndSet(null, new Singleton_06());
            return INSTANCE.get();
        }
    }
}

AtomicReference<V>可以封装引用一个V实例，支持并发访问。

使用CAS的好处就是不需要使用传统的加锁方式保证线程安全，而是依赖于CAS的忙等算法，依赖于底层硬件的实现，来保证线程安全。相对于其他锁的实现，没有线程的切换和阻塞，也就没有了额外的开销，并且可以迟迟较大的并发性。

但CAS的一个缺点就是忙等，如果一直没有获取到将会处于死循环中。

7.枚举单例（线程安全）

public enum Singleton_07 {

    INSTANCE;

    private Map<String, String> cache = new ConcurrentHashMap<>();

    public Map<String, String> getCache() {
        return cache;
    }

    public void addToCache(String key, String value) {
        cache.put(key, value);
    }
}

《Effective Java》作者推荐使用枚举的方式解决单例模式，这种方法解决了线程安全、自由串行化和单一实例的问题。

调用时也很方便：Singleton_07.INSTANCE.getCache();

枚举单例十分简洁，并且它无常地提供了串行化机制，绝对防止对此实例化（毕竟是枚举）。

但是它在继承的场景下是不可使用的，并且不是懒加载（毕竟是枚举）。