single-mode.md

定义

单例是最常用的设计模式之一，其表达的最主要的意思是一个对象在整个jvm堆内存中只有一个实例，这样可以保证无论从任何代码块获取的单例实例都是唯一的。

单例的优缺点也很明显，优点有以下这些：

• 在单例模式中，活动的单例只有一个实例，对单例类的所有实例化得到的都是相同的一个实例。这样就 防止其它对象对自己的实例化，确保所有的对象都访问一个实例
• 单例模式具有一定的伸缩性，类自己来控制实例化进程，类就在改变实例化进程上有相应的伸缩性。
• 提供了对唯一实例的受控访问。
• 由于在系统内存中只存在一个对象，因此可以 节约系统资源，当 需要频繁创建和销毁的对象时单例模式无疑可以提高系统的性能。
• 允许可变数目的实例。
• 避免对共享资源的多重占用。

缺点：

• 不适用于变化的对象，如果同一类型的对象总是要在不同的用例场景发生变化，单例就会引起数据的错误，不能保存彼此的状态。
• 由于单利模式中没有抽象层，因此单例类的扩展有很大的困难。
• 单例类的职责过重，在一定程度上违背了“单一职责原则”。
• 滥用单例将带来一些负面问题，如为了节省资源将数据库连接池对象设计为的单例类，可能会导致共享连接池对象的程序过多而出现连接池溢出；如果实例化的对象长时间不被利用，系统会认为是垃圾而被回收，这将导致对象状态的丢失。

在很多场景单例模式是很有用的，例如配置容器，连接池等，在Java中获取编写一个单例也很简单（暂时屏蔽细节）：

• 第一步：私有化类构造
• 第二步：内部定义一个类型为类本身的静态私有变量
• 第三步：提供一个静态共有方法获取这个私有变量（获取之前赋值）

尤其是第三步，我们在获取这个私有变量的时候要对其进行赋值，那么就有两个阶段可以做这件事，

• 定义静态私有变量的时候直接赋值
• 调用公有静态方法的时候再赋值

这就引出了两种实现模式：饿汉模式和懒汉模式。

饿汉模式实现

饿汉从字面上的意思我们可以想到一个特别饥饿的大汉，而对于单例来讲则是形容以迫不及待的方式去将私有实例赋值，代码实现如下：

public class Single {
	private static Single instance = new Single();
	private Single() {}
	public static Single getInstance() {
		return instance;
	}
}

这种模式的好处是不会存在并发下安全隐患，但是坏处也可想而知，对于jvm加载的过程就会将instance变量赋值，也就意味着我们即使没有用到这个单例对象也会将其实例new出来，可想而知，我们的永久带将会为其分配内存，带来的后果是永久代内存变少。

懒汉模式实现

懒汉模式则是在调用公有静态方法时才会为私有变量赋值：

public class Single {
	private volatile static Single instance = null;// 1
	private Single() {}
	public static Single getInstance() {
		if(instance == null) { //2
			synchronized (Single.class) { //3
				if(instance == null) { //4
					instance = new Single(); // 5
				}
			}
		}
		return instance;
	}
}

相比之前的饿汉模式，我们有以下几个改动：

• 标记1：增加volatile关键字保证5时不会指令重排
• 标记2：是为了提高程序的效率，当Single对象被创建以后，再获取Single对象时就不用去验证同步代码块的锁及后面的代码，直接返回Single对象
• 标记3：防止多线程下的重复执行
• 标记4：同3，当多个线程同时调用getInstance方法，此时instance为空，两个线程可以轻松越过2，来到3抢锁，一个线程率先抢占到并且为instance赋值后，如果没有4的if判断，第二个线程也会重复去为instance赋值，这就会导致创建多个实例。

而我们使用volatile则是因为在标记5赋值的时候会发生指令重排的问题！

在Java中看似顺序的代码在JVM中，可能会出现编译器或者CPU对这些操作指令进行了重新排序；在特定情况下，指令重排将会给我们的程序带来不确定的结果.....

对于instance = new Single()这一行代码，JVM执行的指令有多行：

memory = allocate(); //1：分配对象的内存空间
ctorInstance(memory); //2：初始化对象
instance = memory; //3：设置instance指向刚分配的内存地址

经重排后如下：

memory = allocate(); //1：分配对象的内存空间
instance = memory; //3：设置instance指向刚分配的内存地址，此时对象还没被初始化
ctorInstance(memory); //2：初始化对象

若有A线程进行完重排后的第二步，且未执行初始化对象。此时B线程来取instance时，发现instance不为空，于是便返回该值，但由于没有初始化完该对象，此时返回的对象是有问题的。

总结

单例模式可以节省内存，相比于静态类更易于扩展。