[设计模式] 单例模式

【写在前面】
各大技术网站有大量关于单例模式的文章，都大同小异，本文也无特别之处。仅作为一个笔记文档方便自阅~~
本文涉及到一下知识点：

单例模式的常用写法及优缺点分析
volatile关键词作用
创建单例模式代码模板
如何避免反序列化对单例的破坏

单例模式之定义（Java）

一个类有且仅有一个实例，并且自行实例化向整个系统提供。

单例模式之实现方式

饿汉式（线程安全）【可用】
在类装载时完成实例对象的创建，也因为这种方式是基于类装载(classLoader)机制(初始化时只允许一个线程进入)，所以避免了多线程的同步问题。

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

    public static SingleTon getInstance() {
        return instance;
    }

    private SingleTon() {
    }
}

优点：获取对象的速度快，避免了多线程的同步问题
缺点：类加载过程慢，没有延时加载的效果，若该类始终没有用到，则造成了一定的资源浪费

懒汉式（线程不安全）【不可用】
实例对象在用户第一次调用的时候初始化，虽然节约了资源，但是第一次加载时反应稍慢，而且在多线程的情况下不能正常使用。

public class SingleTon {
    private static SingleTon instance;

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

    private SingleTon() {
    }
}

优点：延时初始化类的实例
缺点：多线程下不能正常工作，可能会创建多个实例

懒汉式-线程同步（线程安全）【不建议用】
解决上面懒汉式的线程不安全问题，做个线程同步就可以了，于是就对getInstance()方法进行了线程同步。

public class SingleTon {
    private static SingleTon instance;

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

    private SingleTon() {
    }
}

优点：解决了懒汉式写法多线程不正常的问题，线程安全了
缺点：每次获取实例对象的时候都需要进行同步，造成不必要的同步开销，效率低下。

双重检查DCL（线程安全）【推荐用】
进行两次if(instance==null)判空，第一次判空是减少不必要的同步开销，也是对上面写法的改进；第二次判空是创建实例前的判断。这里使用了volatile关键字

volatile这个单词翻译为：不稳定的、易改变的。
volatile关键字作用：用以声明变量的值可能随时会别的线程修改，使用volatile修饰的变量会强制将修改的值立即写入主存，主存中值的更新会使缓存中的值失效。volatile会禁止指令重排。
非volatile变量不具备这样的特性，非volatile变量的值会被缓存，线程A更新了这个值，线程B读取这个变量的值时可能读到的并不是是线程A更新后的值。

public class SingleTon {
    private static volatile SingleTon instance;

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

    private SingleTon() {
    }
}

优点：线程安全；延迟加载；效率较高。

静态内部类（线程安全）【推荐用】

这种方式跟饿汉式采用的机制类似，但有不同。

两者都是采用了类装载(classLoader)机制来保证初始化实例时只有一个线程。（JVM机制：在类进行初始化时，别的线程无法进入）

不同的地方在饿汉式方式是只要Singleton类被装载就会实例化，没有Lazy-Loading的作用，而静态内部类方式在Singleton类被装载时并不会立即实例化，而是在需要实例化时，调用getInstance方法，才会装载SingletonHolder类，从而完成Singleton的实例化。

public class SingleTon {
    public static SingleTon getInstance() {
        return SingleTonHolder.instance;
    }

    private static class SingleTonHolder {
        private static final SingleTon instance = new SingleTon();
    }

    private SingleTon() {
    }
}

优点：避免了线程不安全，延迟加载，效率高。

枚举方式（线程安全）【不常见】

这种方式是Effective Java作者Josh Bloch 提倡的方式，它不仅能避免多线程同步问题，而且还能防止反序列化重新创建新的对象。

适合场景：工具类对象、创建对象时耗时过多或耗费资源过多，但又经常用到的对象。

public enum SingleTonEnum {
  instance;
  public void otherFunction() {
  }
}

优点：绝对单例。不能通过克隆，不能通过序列化和反序列化来复制枚举，防止反射攻击，保证一个枚举常量只是一个实例。

个人最喜欢第五种[静态内部类]的实现方式，既达到延时加载效果，又避免多线程问题，同事写法比较简洁。

AS创建单例代码模板

以“静态内部类”为例：
File-Setting-Editor-Live Templates，点击右侧+号，选择'1.Live Template'

image.png

1-Abbreviation：命令 getih
2-Description：单例模式-静态内部类
3-Template text：模板内容

public static $CLASS_NAME$ getInstance() {
  return $CLASS_NAME$Holder.instance;
}

private static class $CLASS_NAME$Holder {
  private static final $CLASS_NAME$ instance = new $CLASS_NAME$();
}

private $CLASS_NAME$() {
}

4-Edit variables：$CLASS_NAME = className()

image.png

5-适配语言：Java-Declaration

image.png

避免序列化过程对单例的破坏

如果单例模式不是用枚举类创建的，那么其无法防止其序列化过程破坏单例特性，因为在序列化过程会利用反射调用单例的私有构造方法生成新的对象，如果要避免这种破坏，就要在单例类里面添加方法readResolve()。

public class SingleTon implements Serializable {

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

    /**
     * 指定要返回的对象的生成策略
     * @return
     */
    private Object readResovle() {
        return SingleTonHolder.instance;
    }
}