设计模式-单例模式

一、概念

单例模式是一种常见的设计模式。这种模式涉及到一个单一的类，该类负责创建自己的对象，同时确保只有单个对象被创建。这个类提供了一种访问其唯一的对象的方式，可以直接访问，不需要实例化该类的对象。

特点：

1、单例类只能有一个实例。 2、单例类必须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，即必须向整个系统提供这个实例。

二、介绍

意图：保证一个类仅有一个实例，并提供一个访问它的全局访问点。 主要解决：一个全局使用的类频繁地创建与销毁。 何时使用：当您想控制实例数目，节省系统资源的时候。 如何解决：判断系统是否已经有这个单例，如果有则返回，如果没有则创建。 关键代码：构造函数是私有的。 优点： 1、在内存里只有一个实例，减少了内存的开销，尤其是频繁的创建和销毁实例（比如管理学院首页页面缓存）。 2、避免对资源的多重占用（比如写文件操作）。 缺点：没有接口，不能继承，与单一职责原则冲突，一个类应该只关心内部逻辑，而不关心外面怎么样来实例化。 使用场景： 1、要求生产唯一序列号。 2、WEB 中的计数器，不用每次刷新都在数据库里加一次，用单例先缓存起来。 3、创建的一个对象需要消耗的资源过多，比如 I/O 与数据库的连接等。 注意事项：getInstance() 方法中需要使用同步锁 synchronized (Singleton.class) 防止多线程同时进入造成 instance 被多次实例化。

三、实现

单例模式的实现通常有两种方式：“懒汉式”和“饿汉式”。

1、懒汉式

懒汉式在调用取得实例方法的时候才会实例化对象。代码如下：

public class Singleton { private static Singleton singleton; private Singleton(){} public static synchronized Singleton getInstance(){ if(singleton==null){ singleton = new Singleton(); } return singleton; } }

描述：这种方式具备很好的 lazy loading，能够在多线程中很好的工作，但是，效率很低，99% 情况下不需要同步。 优点：第一次调用才初始化，避免内存浪费。 缺点：必须加锁 synchronized 才能保证单例，但加锁会影响效率。 getInstance() 的性能对应用程序不是很关键（该方法使用不太频繁）

2、饿汉式

饿汉式单例在单例类被加载时候，就实例化一个对象交给自己的引用。代码如下：

public class Singleton { private static Singleton singleton = new Singleton(); private Singleton(){} public static Singleton getInstance(){ return singleton; } }

3、双检锁/双重校验锁（DCL，即 double-checked locking）

这种方式将在方法上的声明转移到了内部的代码块中，只有当singleton=null时，才需要锁机制，但是如果线程A和B同时执行到了Synchronized(singleton.class)，虽然也是只有一个线程能够执行，假如线程B先执行，线程B获得锁，线程B执行完之后，线程A获得锁，但是此时没有检查singleton是否为空就直接执行了，所以还会出现两个singleton实例的情况。于是双重检查模式（DCL）就出现了。 这种方式采用双锁机制，安全且在多线程情况下能保持高性能。getInstance() 的性能对应用程序很关键。 代码实现：

public class Singleton { private volatile static Singleton singleton; private Singleton (){} public static Singleton getSingleton() { if (singleton == null) { synchronized (Singleton.class) { if (singleton == null) { singleton = new Singleton(); } } } return singleton; } }

四、单例模式与垃圾回收

jvm堆中的单例对象不会被垃圾收集，但是单例类本身如果长时间不用会不会被收集呢？因为jvm对方法区也是有垃圾收集机制的。如果单例类被收集，那么堆中的对象就会失去到根的路径，必然会被垃圾收集掉。 对此，笔者查阅了hotspot虚拟机对方法区的垃圾收集方法，jvm卸载类的判定条件如下：

该类所有的实例都已经被回收，也就是java堆中不存在该类的任何实例。加载该类的ClassLoader已经被回收。该类对应的java.lang.Class对象没有任何地方被引用，无法在任何地方通过反射访问该类的方法。

只有三个条件都满足，jvm才会在垃圾收集的时候卸载类。显然，单例的类不满足条件一，因此单例类也不会被卸载。也就是说，只要单例类中的静态引用指向jvm堆中的单例对象，那么单例类和单例对象都不会被垃圾收集，依据根搜索算法，对象是否会被垃圾收集与未被使用时间长短无关，仅仅在于这个对象是不是“活”的。假如一个对象长久未使用而被回收，那么收集算法应该是最近最长未使用算法，最近最长未使用算法一般用在操作系统的内外存交换中，如果用在虚拟机垃圾回收中，岂不是太不安全了？以上是笔者的观点。 因此笔者的观点是：在hotspot虚拟机1.6版本中，除非人为地断开单例中静态引用到单例对象的联接，否则jvm垃圾收集器是不会回收单例对象的。

参考： 1、《大话设计模式》 2、http://www.runoob.com/design-pattern/singleton-pattern.html