单例模式
1、生活中的单例模式
单例模式感觉不怎么用到，实际的应用场景有哪些呢？以下，我将列出一些就在咱们周边和很有意义的单例应用场景。
①Windows的Task Manager（任务管理器）就是很典型的单例模式（这个很熟悉吧），想想看，是不是的呢，你能打开两个windows task manager吗？可以自己动手试试呦！
②数据库连接池的设计一般采用单例模式，数据库连接是一种数据库资源。软件系统中使用数据库连接池，主要是节省打开或者关闭数据库连接所引起的效率损耗，这种效率上的损耗还是非常昂贵的。用单例模式来进行维护，可以大大减少损失的。
单例模式应用的场景一般发现在以下条件下：
（1）资源共享的情况下，避免由于资源操作时导致的性能或损耗等。如上述中的数据库连接池。
（2）控制资源的情况下，方便资源之间的互相通信。如线程池等。
下面给出一个案例：
创建三个皇帝实例，并输出皇帝名字：
public class Emperor {
public void getName() {
System.out.println("我是皇帝：明日科技");
}
}
public class Test {
public static void main(String[] args) {
System.out.println("创建皇帝1对象：");
Emperor emperor1 = new Emperor();// 创建皇帝对象
emperor1.getName();// 输出皇帝的名字
System.out.println("创建皇帝2对象：");
Emperor emperor2 = new Emperor();// 创建皇帝对象
emperor2.getName();// 输出皇帝的名字
System.out.println("创建皇帝3对象：");
Emperor emperor3 = new Emperor();// 创建皇帝对象
emperor3.getName();// 输出皇帝的名字
}
}
2、发现问题
常规方法需要实例化三次，十分浪费资源。而单例模式用于保证在程序的运行期间某个类有且仅有一个实例。其优势在于尽可能解决系统资源。通过修改构造方法的访问权限就可以实现单例模式。
3、使用单例模式解决问题
public class Emperor {
private static Emperor emperor = null;// 声明一个Emperor类的引用
private Emperor() {// 将构造方法私有
}
public static Emperor getInstance() {// 实例化引用
if (emperor == null) {
emperor = new Emperor();
}
return emperor;
}
public void getName() {// 使用普通方法输出皇帝的名字
System.out.println("我是皇帝：明日科技");
}
}
public class Test {
public static void main(String[] args) {
System.out.println("创建皇帝1对象：");
Emperor emperor1 = Emperor.getInstance();// 创建皇帝对象
emperor1.getName();// 输出皇帝的名字
System.out.println("创建皇帝2对象：");
Emperor emperor2 = Emperor.getInstance();// 创建皇帝对象
emperor2.getName();// 输出皇帝的名字
System.out.println("创建皇帝3对象：");
Emperor emperor3 = Emperor.getInstance();// 创建皇帝对象
emperor3.getName();// 输出皇帝的名字
}
}
效果如图：
4、单例模式概念及UML图
java中单例模式是一种常见的设计模式，单例模式分三种：懒汉式单例、饿汉式单例、登记式单例三种。
一、懒汉式单例
1. //懒汉式单例类.在第一次调用的时候实例化自己
2. public class Singleton {
3. private Singleton() {}
4. private static Singleton single=null;
5. //静态工厂方法
6. public static Singleton getInstance() {
7. if (single == null) {
8. single = new Singleton();
9. }
10. return single;
11. }
12. }
Singleton通过将构造方法限定为private避免了类在外部被实例化，在同一个虚拟机范围内，Singleton的唯一实例只能通过getInstance()方法访问。
但是以上懒汉式单例的实现没有考虑线程安全问题，它是线程不安全的，并发环境下很可能出现多个Singleton实例，要实现线程安全，有以下三种方式，都是对getInstance这个方法改造，保证了懒汉式单例的线程安全，如果你第一次接触单例模式，对线程安全不是很了解，可以先跳过下面这三小条，去看饿汉式单例，等看完后面再回头考虑线程安全的问题：
1、在getInstance方法上加同步
1. public static synchronized Singleton getInstance() {
2. if (single == null) {
3. single = new Singleton();
4. }
5. return single;
6. }
2、双重检查锁定
1. public static Singleton getInstance() {
2. if (singleton == null) { //第一次检查
3. synchronized (Singleton.class) { //加锁
4. if (singleton == null) { //第二次检查
5. singleton = new Singleton();
6. }
7. }
8. }
9. return singleton;
10. }
3、静态内部类
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. }
这种比上面1、2都好一些，既实现了线程安全，又避免了同步带来的性能影响。
二、饿汉式单例
1. //饿汉式单例类.在类初始化时，已经自行实例化
2. public class Singleton1 {
3. private Singleton1() {}
4. private static final Singleton1 single = new Singleton1();
5. //静态工厂方法
6. public static Singleton1 getInstance() {
7. return single;
8. }
9. }
饿汉式在类创建的同时就已经创建好一个静态的对象供系统使用，以后不再改变，所以天生是线程安全的。
三、登记式单例
1. //类似Spring里面的方法，将类名注册，下次从里面直接获取。
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. //保护的默认构造子
9. protected Singleton3(){}
10. //静态工厂方法,返还此类惟一的实例
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. //一个示意性的商业方法
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. }
登记式单例实际上维护了一组单例类的实例，将这些实例存放在一个Map（登记薄）中，对于已经登记过的实例，则从Map直接返回，对于没有登记的，则先登记，然后返回。
单例模式有以下特点：
1、单例类只能有一个实例。
2、单例类必须自己自己创建自己的唯一实例。
3、单例类必须给所有其他对象提供这一实例。
单例对象通常作为程序中的存放配置信息的载体，因为它能保证其他对象读到一致的信息。例如在某个服务器程序中，该服务器的配置信息可能存放在数据库或文件中，这些配置数据由某个单例对象统一读取，服务进程中的其他对象如果要获取这些配置信息，只需访问该单例对象即可。这种方式极大地简化了在复杂环境下，尤其是多线程环境下的配置管理，但是随着应用场景的不同，也可能带来一些同步问题。
5、同步问题
1.在多线程环境下，单例对象的同步问题主要体现在两个方面，单例对象的初始化和单例对象的属性更新。
1.1单例对象的初始化
首先，讨论一下单例对象的初始化同步。单例模式的通常处理方式是，在对象中有一个静态成员变量，其类型就是单例类型本身；如果该变量为null，则创建该单例类型的对象，并将该变量指向这个对象；如果该变量不为null，则直接使用该变量。
这种处理方式在单线程的模式下可以很好的运行；但是在多线程模式下，可能产生问题。如果第一个线程发现成员变量为null，准备创建对象；这是第二 个线程同时也发现成员变量为null，也会创建新对象。这就会造成在一个JVM中有多个单例类型的实例。如果这个单例类型的成员变量在运行过程中变化，会造成多个单例类型实例的不一致，产生一些很奇怪的现象。
1.2单例对象的属性更新
通常，为了实现配置信息的实时更新，会有一个线程不停检测配置文件或配置数据库的内容，一旦发现变化，就更新到单例对象的属性中。在更新这些信 息的时候，很可能还会有其他线程正在读取这些信息，造成意想不到的后果。还是以通过单例对象属性停止线程服务为例，如果更新属性时读写不同步，可能访问该 属性时这个属性正好为空（null），程序就会抛出异常。
下面是解决方法：
1//单例对象的初始化同步
2public class GlobalConfig {
3 private static GlobalConfig instance = null;
4 private Vector properties = null;
5 private GlobalConfig() {
6 //Load configuration information from DB or file
7 //Set values for properties
8 }
9 private static synchronizedvoid syncInit() {
10 if (instance == null) {
11 instance = new GlobalConfig();
12 }
13 }
14 public static GlobalConfig getInstance() {
15 if (instance == null) {
16 syncInit();
17 }
18 return instance;
19 }
20 public Vector getProperties() {
21 return properties;
22 }
23 }
6、总结
单例模式适用于一个类只有一个实例的情况，通过单例模式你可以：
1、确保一个类只有一个实例被建立
2、提供了一个对对象的全局访问指针
3、在不影响单例类的客户端的情况下允许将来有多个实例
单例模式三个方面的作用：
第一、控制资源的使用，通过线程同步来控制资源的并发访问；
第二、控制实例产生的数量，达到节约资源的目的。
第三、作为通信媒介使用，也就是数据共享，它可以在不建立直接关联的条件下，让多个不相关的两个线程或者进程之间实现通信。