什么是单例设计模式

单例设计模式理解起来非常简单。一个类只允许创建一个对象（或者实例），那这个类就是一个单例类，这种设计模式就叫单例模式。

下面的示例中如果每个类都创建一个 Logger 实例，就可能造成日志内容被覆盖的情况。

如果有些数据在系统中只应保存一份，那就比较适合设计为单例类。比如，配置信息类，全局 ID 生成器等。

要实现一个单例，我们要考虑以下几点：

懒汉式相对于饿汉式的优势是 「支持延迟加载」 。但缺点也很明显，因为使用了 synchronized 关键字导致这个方法的 「并发度很低」 。如果这个单例类偶尔会被用到，那这种实现方式还可以接受。但是，如果频繁地用到，就会导致性能瓶颈，这种实现方式就不可取了。

这是一种既支持延迟加载、又支持高并发的单例实现方式。

在 java1.5 以下 instance = new Singleton()有指令重排问题，需要给 instance 成员变量加上 volatile 关键字，java1.5 之后不会再这个问题。

这种方式利用了 Java 的静态内部类，有点类似饿汉式，但又能做到了延迟加载。

当外部类 Singleton 被加载的时候，并不会创建 SingletonHolder 实例对象。只有当调用 getInstance() 方法时，SingletonHolder 才会被加载，这个时候才会创建 instance。insance 的唯一性、创建过程的线程安全性，都由 JVM 来保证。所以，这种实现方法既保证了线程安全，又能做到延迟加载。

这是一种最简单的实现方式，基于枚举类型的单例实现。这种实现方式是通过 Java 枚举类型本身的特性，保证了实例创建的线程安全性和实例的唯一性。

上面的单例类对象是进程唯一的，一个进程只能有一个单例对象。那如何实现一个线程唯一的单例呢？

假设 IdGenerator 是一个线程唯一的单例类。在线程 A 内，我们可以创建一个单例对象 a。因为线程内唯一，在线程 A 内就不能再创建新的 IdGenerator 对象了，而线程间可以不唯一，所以，在另外一个线程 B 内，我们还可以重新创建一个新的单例对象 b。

我们通过一个 ConcurrentHashMap 来存储对象，其中 key 是线程 ID，value 是对象。这样我们就可以做到，不同的线程对应不同的对象，同一个线程只能对应一个对象。实际上，Java 语言本身提供了 ThreadLocal 工具类，可以更加轻松地实现线程唯一单例。

设计模式 解决某一类问题最行之有效的方法 （java中有 种通用设计模式）单例设计模式 解决一个类在内存中只存在一个对象 单例设计模式有两种方式 ）饿汉式先初始化对象 当类一进内存就创建好对象 ）懒汉式对象是方法被调用时才初始化 也叫延时加载 类进内存时 对象还没有存在 只有通过方法调用时 才建立对象 单例设计模式 是想要保证对象的唯一 ）为了避免其他程序过多建立该类对象 先禁止其他程序建立该类对象 ）还为了让其他程序可以访问到该类对象 只好在本类中自定义一个对象 ）为了方便其他程序对自定义对象的访问 可以对外其他一些访问方式 利用这三步进行代码实现 ）将构造函数私有化 ）在类中创建一个本类对象 ）提供一个方法可以获取到该对象提示 在单例设计模式中 事物该怎么描述还怎么描述 当需要将该事物的对象保证在内存中唯一时 加上以上三步即可 代码说明 // ）饿汉式[java]class Single{private int numpublic void setNum（int num）{this num = num}public int getNum（）{return num}//将构造函数私有化private Single（）{}//在类中创建一个本类对象 因为构造函数被私有化 该类不能创建对象 想在外部访问 所以将其静态private static Single s = new Single（） //提供一个方法可以获取到该对象 不能创建对象 所以将方法静态 可以通过 （类名 方法名）的形式进行访问public static Single getInstance（）{return s}}class SingleDemo{public static void main（String[] args）{//单例的构造函数被静态后不能创建对象 保证对象的唯一 所以通过 （类名 方法名）的形式进行访问Single s = Single getInstance（） Single s = Single getInstance（） s setNum（ ） System out println（s getNum（）） //结果 因为Single单例里面对对象和方法进行了静态 数据共享 所以s 的值}}

定义：

确保某一个类只有一个实例，而且自动实例化并向整个系统提供这个实例。

通用类图：

通用代码：

Singleton类称为单例类，通过使用private的构造函数确保了在一个应用中只产生一个实例，并且是自行实例化的。

public class Singleton {

private static final Singleton singleton = new Singleton()

// 限制产生多个对象

private Singleton() {

}

// 通过该方法获得实例对象

public static Singleton getSingleton() {

return singleton

}

// 类中其他方法尽量是static

public static void doSomething() {

}

}

单例模式的优点：

由于单例模式在内存中只有一个实例，减少了内存开支，特别是一个对象需要频繁地创建、销毁时，而且创建或销毁时性能又无法优化，单例模式的优势就非常明显了。

由于单例模式只生成一个实例，所以减少了系统的性能开销，当一个对象的产生需要比较多的资源时，如读取配置、产生其他依赖对象时，则可以通过在应用启动时直接产生一个单例对象，然后用永久驻留内存的方式来解决。

单例模式可以避免对资源的多重占用，例如一个写文件动作，由于只有一个实例存在内存中，避免对同一个资源文件的同时写操作。

单例模式可以在系统设置全局的访问点，优化和共享资源访问，例如可以设计一个单例类，负责所有数据表的映射处理。

单例模式的缺点：

单例模式一般没有接口，扩展很困难，若要扩展，除了修改代码基本上没有第二种途径可以实现。

单例模式对测试是不利的。在并行开发环境中，如果单例模式没有完成，是不能进行测试的，没有接口也不能用mock的方式虚拟一个对象。

单例模式与单一职责原则有冲突。一个类应该只实现一个逻辑，而不关心它是否是单例的，是不是要单例取决于环境，单例模式把“要单例”和业务逻辑融合在一个类中。

单例模式的使用场景：

要求生成唯一序列号的环境；

在整个项目中需要一个共享访问点或共享数据，例如一个Web页面上的计数器，可以不用把每次刷新都记录到数据库中，使用单例模式保持计数器的值，并确保是线程安全的；

创建一个对象需要消耗的资源过多，如要访问IO和数据库等资源；

需要定义大量的静态常量和静态方法（如工具类）的环境，可以采用单例模式（当然，也可以直接声明为static的方式）。

单例模式的注意事项：

1. 在高并发情况下，请注意单例模式的线程同步问题。

public class Singleton2 {

private static Singleton2 singleton = null

// 限制产生多个对象

private Singleton2() {

}

// 通过该方法获得实例对象

public static Singleton2 getSingleton() {

synchronized (singleton) {

if (singleton == null) {

singleton = new Singleton2()

}

}

return singleton

}

}

如果不加synchronized进行控制，如果第一个线程A执行到singleton = new Singleton2()，但还没有获得对象，第二个线程B也在执行，执行到if (singleton == null)判断，那么线程B获得判断条件为真，于是继续运行下去，线程A和B都获得了对象，内存中就出现了两个对象。

建议使用饿汉式单例，那是线程安全的单例模式。

2. 需要考虑对象的复制情况。在Java中，若实现Cloneable接口，并实现了clone方法，则可以直接通过对象复制方式创建一个新对象，对象复制是不用调用类的构造函数的。

3. 注意JVM的垃圾回收机制，如果我们的一个单例对象在内存中长久不使用，JVM就认为这是一个垃圾对象，在CPU资源空闲的情况下该对象会被清理掉，下次再调用时就需要产生一个新对象。如果该对象作为有状态值的管理，则会出现状态恢复原状的情况，就会出现故障。

有两种方法可以解决该问题

1、由容器管理单例的生命周期

Java EE容器或者框架级容器（如Spring）可以让对象长久驻留内存。

2、状态随时记录

可以使用异步记录的方式，或者使用观察者模式，记录状态的变化，写入文件或写入数据库中，确保即使单例对象重新初始化也可以从资源环境获得销毁前的数据，避免应用数据丢失。

单例模式的扩展：

能产生固定数量实例的单例模式

public class Singleton3 {

// 最多能产生的实例数

private static int maxNumOfSingleton = 2

// 定义一个列表，容纳所有实例

private static ArrayList<Singleton3>singletonList = new ArrayList<Singleton3>()

// 产生所有对象

static {

for (int i = 0i <maxNumOfSingletoni++) {

singletonList.add(new Singleton3())

}

}

// 限制其他类生成对象

private Singleton3() {

}

// 随机获得一个实例

public static Singleton3 getInstance() {

Random random = new Random()

return singletonList.get(random.nextInt(maxNumOfSingleton))

}

}

public class LazySingle {

private LazySingle() {}

private static LazySinglesingle =null

    public static synchronized  LazySinglegetInstance() {

if (single ==null) {

single =new LazySingle()

        }

return single

    }

}

饿汉式

public class ESingle {

private ESingle(){}

private static final ESingleeSingle =new ESingle()

    public static ESinglegetInstance(){

return eSingle

    }

}

懒汉式和饿汉式区别：

实例化方面：懒汉式默认不会实例化，外部什么时候调用什么时候new。饿汉式在类加载的时候就实例化，并且创建单例对象。

线程安全方面：饿汉式线程安全 (在线程还没出现之前就已经实例化了，因此饿汉式线程一定是安全的)。懒汉式线程不安全( 因为懒汉式加载是在使用时才会去new 实例的，那么你去new的时候是一个动态的过程，是放到方法中实现的，比如：public static synchronized Lazy getInstance(){   if(lazy==null){  lazy=new Lazy()} 如果这个时候有多个线程访问这个实例，这个时候实例还不存在，还在new，就会进入到方法中，有多少线程就会new出多少个实例。一个方法只能return一个实例，那最终return出哪个呢？是不是会覆盖很多new的实例？这种情况当然也可以解决，那就是加同步锁，避免这种情况发生) 。

执行效率上：饿汉式没有加任何的锁，因此执行效率比较高。懒汉式一般使用都会加同步锁，效率比饿汉式差。

性能上：饿汉式在类加载的时候就初始化，不管你是否使用，它都实例化了，所以会占据空间，浪费内存。懒汉式什么时候需要什么时候实例化，相对来说不浪费内存。