1.單例模式概述

(1)引言

單例模式是應(yīng)用最廣的模式之一，也是23種設(shè)計(jì)模式中最基本的一個(gè)。本文旨在總結(jié)通過(guò)Java實(shí)現(xiàn)單例模式的各個(gè)版本的優(yōu)缺點(diǎn)及適用場(chǎng)景，詳細(xì)分析如何實(shí)現(xiàn)線程安全的單例模式，并探討單例模式的一些擴(kuò)展。

(2)單例模式的定義

??Ensure a class has only one instance,and provide a global point of access to it.(確保某一個(gè)類只有一個(gè)實(shí)例，并且自行實(shí)例化并向整個(gè)系統(tǒng)提供這個(gè)實(shí)例)
通用類圖為：

Singleton類稱為單例類，通過(guò)使用private的構(gòu)造函數(shù)確保了在一個(gè)應(yīng)用中只產(chǎn)生一個(gè)實(shí)例，并且是自行實(shí)例化的(在Singleton中自己使用new Singleton())。

(3)使用場(chǎng)景

在一個(gè)系統(tǒng)中，要求一個(gè)類有且僅有一個(gè)對(duì)象，如果出現(xiàn)多個(gè)對(duì)象就會(huì)出現(xiàn)“不良反應(yīng)”，可以采用單例模式，具體的場(chǎng)景如下：

• 要求生成唯一序列號(hào)的環(huán)境；
• 在整個(gè)項(xiàng)目中需要一個(gè)共享訪問(wèn)點(diǎn)或共享數(shù)據(jù)，例如一個(gè)Web頁(yè)面上的計(jì)數(shù)器，可以不用把每次刷新都記錄到數(shù)據(jù)庫(kù)中，使用單例模式保持計(jì)數(shù)器的值，并確保是線程安全的；
• 創(chuàng)建一個(gè)對(duì)象需要消耗的資源過(guò)多，如要訪問(wèn)IO和數(shù)據(jù)庫(kù)等資源；
• 需要定義大量的靜態(tài)常量和靜態(tài)方法(如工具類)的環(huán)境，可以采用單例模式(當(dāng)然，也可以直接聲明為static的方式)。

(4)優(yōu)缺點(diǎn)

單例模式的優(yōu)點(diǎn)

• 由于單例模式在內(nèi)存中只有一個(gè)實(shí)例，減少了內(nèi)存開(kāi)支，特別是一個(gè)對(duì)象需要頻繁地創(chuàng)建銷毀時(shí)，而且創(chuàng)建或銷毀時(shí)性能又無(wú)法優(yōu)化，單例模式的優(yōu)勢(shì)就非常明顯；
• 由于單例模式只生成一個(gè)實(shí)例，所以減少了系統(tǒng)的性能開(kāi)銷，當(dāng)一個(gè)對(duì)象的產(chǎn)生需要比較多的資源的時(shí)候，如讀取配置，產(chǎn)生其他的依賴對(duì)象時(shí)，可以通過(guò)在應(yīng)用啟動(dòng)的時(shí)候直接產(chǎn)生一個(gè)單例對(duì)象，然后用永久駐留內(nèi)存的方式來(lái)解決；
• 單例模式可以避免對(duì)資源的多重占用，例如對(duì)一個(gè)寫文件動(dòng)作，由于只有一個(gè)實(shí)例存在內(nèi)存中，避免對(duì)同一個(gè)資源文件的同時(shí)寫操作；
• 單例模式可以在系統(tǒng)設(shè)置全局的訪問(wèn)點(diǎn)，優(yōu)化和共享資源訪問(wèn)，例如可以設(shè)計(jì)一個(gè)單例類，負(fù)責(zé)所有數(shù)據(jù)表的映射處理

單例模式的缺點(diǎn)

• 單例模式一般沒(méi)有接口，擴(kuò)展困難，若要擴(kuò)展，除了修改代碼基本上沒(méi)有第二種途徑可以實(shí)現(xiàn)；
• 單例模式與單一職責(zé)原則有沖突，一個(gè)類應(yīng)該只實(shí)現(xiàn)一個(gè)邏輯，而不關(guān)心他是否是單例的，是不是要單例取決于環(huán)境，單例模式把“要單例”和業(yè)務(wù)邏輯融合在一個(gè)類中。

2.最基本的實(shí)現(xiàn)方式

代碼實(shí)現(xiàn)為：

public class Singleton {
    private static Singleton singleton;
    // 限制產(chǎn)生多個(gè)對(duì)象
    private Singleton() {
    }
    
    // 獲得對(duì)象實(shí)例的方法
    public static Singleton getSingleton() {
        if(singleton == null) {
            singleton = new Singleton();
        }
        return singleton;
    }
}

相信大多數(shù)同學(xué)在入門Java的階段都見(jiàn)過(guò)這段代碼。該方式在低并發(fā)的情況下尚不會(huì)出現(xiàn)問(wèn)題，若系統(tǒng)壓力增大，并發(fā)量增加時(shí)則可能在內(nèi)存中出現(xiàn)多個(gè)實(shí)例，破壞設(shè)計(jì)的初衷。本文的后續(xù)就是圍繞這種實(shí)現(xiàn)分析改進(jìn)，探討實(shí)現(xiàn)線程安全的單例模式的最佳實(shí)踐。
??為什么這種實(shí)現(xiàn)是線程不安全的呢？如一個(gè)線程A執(zhí)行到singleton = new Singleton();這里，但還沒(méi)有獲得對(duì)象(對(duì)象初始化是需要時(shí)間的)，第二個(gè)線程B也在執(zhí)行，執(zhí)行到if(singleton == null)判斷，那么線程B獲得判斷條件也是為真，于是繼續(xù)運(yùn)行下去，線程A獲得了一個(gè)對(duì)象，線程B也獲得了一個(gè)對(duì)象，在內(nèi)存中就出現(xiàn)兩個(gè)對(duì)象,造成單例模式的失效??！
??所以根本原因在于可能存在多個(gè)線程并發(fā)的訪問(wèn)getSingleton()方法造成單例對(duì)象的多次創(chuàng)建，解決因多線程并發(fā)訪問(wèn)導(dǎo)致單例模式實(shí)效的最佳方法就是--不要使用多線程并發(fā)訪問(wèn)。(⊙o⊙)…

3.餓漢式

(1)實(shí)現(xiàn)原理

言歸正傳，上面說(shuō)的問(wèn)題其實(shí)就是對(duì)if(singleton == null)的判斷失效造成singleton = new Singleton();可能會(huì)被多個(gè)線程并發(fā)的執(zhí)行。餓漢式單例模式的實(shí)現(xiàn)的本質(zhì)其實(shí)就是依賴類加載機(jī)制保證構(gòu)造方法只會(huì)被執(zhí)行一次。JVM在類的初始化階段(即在Class被加載后，且被線程使用之前)，會(huì)執(zhí)行類的初始化。在執(zhí)行類的初始化期間，JVM會(huì)去獲取一個(gè)鎖。這個(gè)鎖可以同步多個(gè)線程對(duì)同一個(gè)類的初始化。
餓漢式單例的實(shí)現(xiàn)代碼為：

public class Singleton {
    private static Singleton singleton = new Singleton();
    
    private Singleton() {
    }
    
    // 獲得對(duì)象實(shí)例的方法
    public static Singleton getSingleton() {
        return singleton;
    }
}

(2)優(yōu)缺點(diǎn)及適用場(chǎng)景

可以看到餓漢式的實(shí)現(xiàn)非常簡(jiǎn)單，適合那些在初始化時(shí)就要用到單例的情況，如果單例對(duì)象初始化非?？?，而且占用內(nèi)存非常小的時(shí)候這種方式是比較合適的，可以直接在應(yīng)用啟動(dòng)時(shí)加載并初始化。
不適用的場(chǎng)景：

• 單例初始化的操作耗時(shí)比較長(zhǎng)而應(yīng)用對(duì)于啟動(dòng)速度又有要求;
• 單例的占用內(nèi)存比較大;
• 單例只是在某個(gè)特定場(chǎng)景的情況下才會(huì)被使用，而一般情況下是不會(huì)使用的;

在上述的幾種情況下使用餓漢式的單例模式是不合適的，這時(shí)候就需要用到懶漢式的方式去按需延遲加載單例。

4.利用同步鎖機(jī)制實(shí)現(xiàn)的懶漢式

實(shí)現(xiàn)代碼為：

public class Singleton {
    private static Singleton singleton = null;
    
    private Singleton() {
    }
    
    // 獲得對(duì)象實(shí)例的方法
    public static Singleton getSingleton() {
        synchronized(Singleton.class) {
            if(singleton == null) {
                singleton = new Singleton();
            }
        }
        return singleton;
    }
}

這種是最常見(jiàn)的懶漢式單例實(shí)現(xiàn)，使用同步鎖synchronized(Singleton.class)防止多線程同時(shí)進(jìn)入造成instance被多次實(shí)例化。但是他的缺陷也是非常明顯的，就是每次在調(diào)用getSingleton()獲取單例的實(shí)例的時(shí)候，都需要進(jìn)行同步。事實(shí)上我們只想保證一次初始化成功，其余的快速返回而已，如果在getInstance頻繁使用的地方就要考慮重新優(yōu)化了。

5.對(duì)同步鎖機(jī)制實(shí)現(xiàn)懶漢式的改進(jìn)--DCL

(1)原理與實(shí)現(xiàn)

由于synchronized（甚至是無(wú)競(jìng)爭(zhēng)的synchronized）存在著巨大的性能開(kāi)銷。因此，人們想出了一個(gè)“聰明”的技巧：雙重檢查鎖定（double-checked locking）。通過(guò)這種方式來(lái)降低同步的開(kāi)銷。下面是使用雙重檢查鎖定來(lái)實(shí)現(xiàn)延遲初始化的代碼實(shí)現(xiàn)：

public class Singleton {
    private static Singleton instance = null;                 //1
    
    // 獲得對(duì)象實(shí)例的方法
    public static Singleton getSingleton() {                  //2
        if(instance == null) {                                //3:第一次檢查
            synchronized(Singleton.class) {                   //4:加鎖
                if(instance == null)                          //5:第二次檢查
                    instance = new Singleton();               //6:問(wèn)題的根源產(chǎn)生
            }
        }
        return instance;
    }
        
    private Singleton() {
    }
}

如上面的代碼所示，它的“優(yōu)點(diǎn)”如下：

• 在多個(gè)線程試圖在同一時(shí)間創(chuàng)建對(duì)象時(shí)，會(huì)通過(guò)加鎖來(lái)保證只有一個(gè)線程能創(chuàng)建對(duì)象；
• 在對(duì)象創(chuàng)建好了以后，執(zhí)行g(shù)etSingleton()方法將不需要獲取鎖，直接返回已經(jīng)創(chuàng)建好的對(duì)象

雙重檢查模式看上去好像很完美，但這是一個(gè)錯(cuò)誤的優(yōu)化，在線程執(zhí)行到上面所示的代碼3處讀取到singleton對(duì)象不為null時(shí)，singleton引用的對(duì)象可能還沒(méi)有完成初始化。

(2)問(wèn)題分析

可能產(chǎn)生錯(cuò)誤的場(chǎng)景

• 1.線程A進(jìn)入getSingleton()方法;
• 2.因?yàn)榇藭r(shí)instance為null，所以線程A進(jìn)入synchronized塊；
• 3.線程A執(zhí)行 instance = new Singleton(); 把實(shí)例變量instance設(shè)置成了非空。(注意，是在調(diào)用構(gòu)造方法之前)
• 4.線程A退出，線程B進(jìn)入。
• 5.線程B檢查instance是否為空，此時(shí)不為空（第三步的時(shí)候被線程A設(shè)置成了非空）。線程B返回instance的引用。(問(wèn)題出現(xiàn)了，這時(shí)instance的引用并不是Singleton的實(shí)例，因?yàn)闆](méi)有調(diào)用構(gòu)造方法)
• 6.線程B退出，線程A進(jìn)入；
• 7.線程A繼續(xù)調(diào)用構(gòu)造方法，完成instance的初始化，再返回。

(3)問(wèn)題根源

多線程問(wèn)題，很大程度是由于非原子性造成的，如果我們每一個(gè)可能產(chǎn)生競(jìng)爭(zhēng)的地方都是原子性的，那多線程需要考慮的東西就要少很多了。在上述程序中也是一樣，我們看第六行代碼：

instance = new Singleton();     //6:問(wèn)題的根源產(chǎn)生

在JMM中，這行代碼可以分解為3個(gè)過(guò)程：

memory = allocate();            //#1為對(duì)象分配內(nèi)存空間
init(memory);                   //#2初始化
instance = memory;              //#3設(shè)置instance,將其指向剛分配的內(nèi)存空間。

上面的3行代碼，如果是順序執(zhí)行，不會(huì)帶來(lái)問(wèn)題。但是，在某些JIT編譯器上，#2和#3可能發(fā)生重排序。也就是說(shuō)，重排序后，上面三個(gè)過(guò)程變成了：

memory = allocate();            //#1為對(duì)象分配內(nèi)存空間
instance = memory;              //#2
init(memory);                   //#3初始化

根據(jù)《The Java Language Specification, Java SE 7 Edition》一書中的內(nèi)容：所有線程在執(zhí)行java程序時(shí)必須要遵守intra-thread semantics。intra-thread semantics保證重排序不會(huì)改變單線程內(nèi)的程序執(zhí)行結(jié)果。換句話來(lái)說(shuō)，intra-thread semantics允許那些在單線程內(nèi)，不會(huì)改變單線程程序執(zhí)行結(jié)果的重排序。上面三行偽代碼的2和3之間雖然被重排序了，但這個(gè)重排序并不會(huì)違反intra-thread semantics。這個(gè)重排序在沒(méi)有改變單線程程序的執(zhí)行結(jié)果的前提下，可以提高程序的執(zhí)行性能。
??下面，再讓我們看看多線程并發(fā)執(zhí)行的時(shí)候的情況。請(qǐng)看下面的示意圖：

這里2和3雖然重排序了，但java內(nèi)存模型的intra-thread semantics將確保2一定會(huì)排在4前面執(zhí)行。因此線程A的intra-thread semantics沒(méi)有改變。但2和3的重排序，將導(dǎo)致線程B在B1處判斷出instance不為空，線程B接下來(lái)將訪問(wèn)instance引用的對(duì)象。此時(shí)，線程B將會(huì)訪問(wèn)到一個(gè)還未初始化的對(duì)象。。

分析清楚問(wèn)題發(fā)生的根源之后，可以想出兩個(gè)辦法來(lái)實(shí)現(xiàn)線程安全的延遲初始化：

• 不允許2和3重排序；
• 允許2和3重排序，但不允許其他線程“看到”這個(gè)重排序。

后文介紹的解決方案就分別對(duì)應(yīng)于上面這兩點(diǎn)。

6.Java1.5以后安全的DCL版本

(1)實(shí)現(xiàn)代碼

public class Singleton {
    private volatile static Singleton instance = null;
    
    // 獲得對(duì)象實(shí)例的方法
    public static Singleton getSingleton() {
        if(instance == null) {
            synchronized(Singleton.class) {
                if(instance == null)
                    instance = new Singleton();
            }
        }
        return instance;
    }
        
    private Singleton() {
    }
}

(2)原理分析

可以發(fā)現(xiàn)代碼只做一點(diǎn)小的修改（把instance聲明為volatile型），為什么volatile可以解決呢？回顧一下他的兩層語(yǔ)義：

• (1)可見(jiàn)性：指的是在一個(gè)線程中對(duì)該變量的修改會(huì)馬上由工作內(nèi)存（Work Memory）寫回主內(nèi)存（Main Memory）
• (2)禁止指令重排序優(yōu)化

當(dāng)聲明對(duì)象的引用為volatile后，“問(wèn)題的根源”的三行偽代碼中的2和3之間的重排序，在多線程環(huán)境中將會(huì)被禁止,從而在根本上解決了問(wèn)題。但是很不幸，禁止指令重排優(yōu)化這條語(yǔ)義直到j(luò)dk1.5以后才能正確工作。此前的JDK中即使將變量聲明為volatile也無(wú)法完全避免重排序所導(dǎo)致的問(wèn)題。所以，在jdk1.5版本前，雙重檢查鎖形式的單例模式是無(wú)法保證線程安全的。
??寫到這里，可能有的同學(xué)會(huì)有疑問(wèn)了：

7.Java1.4以前安全的DCL版本

額(⊙o⊙)…雖然現(xiàn)在的日常開(kāi)發(fā)已經(jīng)普遍在使用Java1.7甚至1.8了。不過(guò)嘗試著探討下在Jav1.4以前實(shí)現(xiàn)安全的DCL還是一個(gè)還有意思的話題。我自己也沒(méi)有找到太確定的答案，這方面的資料也非常的少。下面給出的實(shí)現(xiàn)代碼不一定能保證正確，貼出來(lái)僅供參考，歡迎有興趣的同學(xué)在評(píng)論區(qū)留言分享一下經(jīng)驗(yàn)。

(2)實(shí)現(xiàn)代碼及思路

public class Singleton {
    private static Singleton instance = null;
    // 獲得對(duì)象實(shí)例的方法
    public static Singleton getSingleton() {
        if(instance == null) {                                      //1.第一次檢查
            synchronized(Singleton.class) {                         //2.第一個(gè)synchronized塊
                Singleton temp = instance;                          //3.給臨時(shí)變量temp賦值
                if(temp == null) {                                  //4.第二次檢查
                    synchronized(Singleton.class) {                 //5.第二個(gè)synchronized塊
                        temp = new Singleton();                     //6.解決問(wèn)題的關(guān)鍵地方
                    }
                    instance = temp;                                //7.把temp的引用賦值給instance
                }
            }
        }
        return instance;
    }
    
    private Singleton() {
    }
}

上面給出的代碼中，很關(guān)鍵的地方在于在synchronized塊中引入了一個(gè)臨時(shí)變量Singleton temp，通過(guò)對(duì)temp的判空及相應(yīng)的初始化，保證在代碼7處，執(zhí)行intance = temp;時(shí)，instance不為null且完成了初始化。

8.內(nèi)部類方式

(1)實(shí)現(xiàn)

在第五部分的結(jié)尾我們提到了兩個(gè)辦法來(lái)實(shí)現(xiàn)線程安全的延遲初始化，內(nèi)部類方式正是基于第二種方法--線程之間重排序透明性
實(shí)現(xiàn)代碼為：

public class Singleton {
    // 獲得對(duì)象實(shí)例的方法
    public static Singleton getSingleton() {
        return SingletonHolder.instance;
    }
    
    /**
     * 靜態(tài)內(nèi)部類與外部類的實(shí)例沒(méi)有綁定關(guān)系，而且只有被調(diào)用時(shí)才會(huì)
     * 加載，從而實(shí)現(xiàn)了延遲加載
     */
    private static class SingletonHolder {
        /**
         * 靜態(tài)初始化器，由JVM來(lái)保證線程安全
         */
        private static Singleton instance = new Singleton();
    }
    
    private Singleton() {
    }
}

(2)原理分析

在這種方式中，使用了一個(gè)專門的內(nèi)部類來(lái)初始化Singleton，JVM將推遲SingletonHolder的初始化操作，直到開(kāi)始使用這個(gè)類時(shí)才初始化。并且在初始化的過(guò)程中JVM會(huì)去獲取一個(gè)用于同步多個(gè)線程對(duì)同一個(gè)類進(jìn)行初始化的鎖，這樣就不需要額外的同步。這種方式不僅能夠保證線程安全，也能保證單例對(duì)象的唯一性，同時(shí)也延遲實(shí)例化，是一種非常推薦的方式。

9.枚舉方式

(1)實(shí)現(xiàn)方法

從Java1.5起，可以通過(guò)使用枚舉機(jī)制來(lái)實(shí)現(xiàn)單例模式：

public enum Singleton {
    // 定義枚舉元素，他就是Singleton的一個(gè)實(shí)例
    INSTANCE;
    
    public void doSomething() {
        // do something
    }
}

調(diào)用方式

Singleton singleton = Singleton.INSTANCE;
singleton.doSomething();

可以看到實(shí)現(xiàn)的代碼非常的簡(jiǎn)潔，按照J(rèn)oshua Bloch大神的原話來(lái)說(shuō)：
While this approach has yet to be widely adopted,a single-element enum type is the best way to implement a singleton.

(2)序列化與反序列化的問(wèn)題

在上述的幾種單例模式實(shí)現(xiàn)中，在一個(gè)情況下它們會(huì)出現(xiàn)重新創(chuàng)建對(duì)象的情況，那就是反序列化。
??通過(guò)序列化可以將一個(gè)單例的實(shí)例對(duì)象寫到磁盤，然后再讀回來(lái)，從而有效地獲得一個(gè)實(shí)例。即使構(gòu)造函數(shù)是私有的，反序列化時(shí)依然可以通過(guò)特殊的途徑去創(chuàng)建類的一個(gè)新的實(shí)例，相當(dāng)于調(diào)用該類的構(gòu)造函數(shù)。反序列化操作提供一個(gè)很特別的鉤子函數(shù)，類中具有一個(gè)私有的、被實(shí)例化的方法readResolve()，這個(gè)方法可以讓開(kāi)發(fā)人員控制對(duì)象的反序列化。例如，上述幾個(gè)實(shí)例中如果要杜絕單例對(duì)象在被反序列化時(shí)重新生成對(duì)象，那么必須加入如下方法：

private Object readResolve() throws ObjectStreamException {
    return INSTANCE;
}

也就是在readResolve方法中將實(shí)例對(duì)象返回，而不是默認(rèn)的重新生成一個(gè)新的對(duì)象。

(3)Java反射攻擊

下面我們基于內(nèi)部類實(shí)現(xiàn)的單例模式的方式，來(lái)演示一下通過(guò)JAVA的反射機(jī)制來(lái)“攻擊”單例模式：

public class TestMain {
    public static void main(String[] args) throws NoSuchMethodException, SecurityException, InstantiationException, IllegalAccessException, IllegalArgumentException, InvocationTargetException {
        Class<?> classType = Singleton.class;  
        Constructor<?> c = classType.getDeclaredConstructor(null);  
        c.setAccessible(true);  
        Singleton singleton1 = (Singleton) c.newInstance();  
        Singleton singleton2 = Singleton.getSingleton();  
        System.out.println(singleton1 == singleton2);  
    }
}

運(yùn)行結(jié)果：false，可以看到，通過(guò)反射獲取構(gòu)造函數(shù)，然后調(diào)用setAccessible(true)就可以調(diào)用私有的構(gòu)造函數(shù)，所有singleton1和singleton2是兩個(gè)不同的對(duì)象。如果要抵御這種攻擊，可以修改構(gòu)造器，讓它在被要求創(chuàng)建第二個(gè)實(shí)例的時(shí)候拋出異常。
修改原有代碼為：

public class Singleton {
    
    public static Singleton getSingleton() {
        return SingletonHolder.instance;
    }
    
    private static class SingletonHolder {
        private static Singleton instance = new Singleton();
    }
    
    private static boolean flag = false; 
    
    private Singleton() {
        synchronized(Singleton.class) {
            if(flag == false) {
                flag = !flag;
            } else {
                throw new RuntimeException("單例模式被破壞！");  
            }
        }
    }
}

再次運(yùn)行上面的測(cè)試代碼：得到的結(jié)果為：

Exception in thread "main" java.lang.RuntimeException: 單例模式被破壞！
    at com.danli.Singleton.<init>(Singleton.java:29)
    at com.danli.Singleton.getSingleton(Singleton.java:12)
    at com.danli.TestMain.main(TestMain.java:23)

可以看到，成功的阻止了單例模式被破壞。

但是我們?nèi)绻苯踊诿杜e方式實(shí)現(xiàn)的單例模式進(jìn)行同樣的代碼測(cè)試，會(huì)直接得到結(jié)果：

Exception in thread "main" java.lang.NoSuchMethodException: com.danli.Singleton.<init>()
    at java.lang.Class.getConstructor0(Class.java:2730)
    at java.lang.Class.getDeclaredConstructor(Class.java:2004)
    at com.danli.TestMain.main(TestMain.java:20)

可以看到，枚舉方式實(shí)現(xiàn)的單例自己是可以避免反射攻擊的。

(4)枚舉方式的優(yōu)點(diǎn)

餓漢式、懶漢式、雙重校驗(yàn)鎖(DCL)還是靜態(tài)內(nèi)部類都存在的缺點(diǎn)：

• 都需要額外的工作(Serializable、transient、readResolve())來(lái)實(shí)現(xiàn)序列化，否則每次反序列化一個(gè)序列化的對(duì)象實(shí)例時(shí)都會(huì)創(chuàng)建一個(gè)新的實(shí)例。
• 可能會(huì)有人使用反射強(qiáng)行調(diào)用我們的私有構(gòu)造器（如果要避免這種情況，可以修改構(gòu)造器，讓它在創(chuàng)建第二個(gè)實(shí)例的時(shí)候拋異常）。

枚舉類很好的解決了這兩個(gè)問(wèn)題，使用枚舉除了線程安全和防止反射強(qiáng)行調(diào)用構(gòu)造器之外，還提供了自動(dòng)序列化機(jī)制，防止反序列化的時(shí)候創(chuàng)建新的對(duì)象。因此，《EffectiveJava》Item3中推薦盡可能地使用枚舉來(lái)實(shí)現(xiàn)單例。
??但是在Android中卻不推薦這種用法，在Android官網(wǎng)Manage Your App's Memory中有這樣一段話：

• Enums often require more than twice as much memory as static constants. You should strictly avoid using enums on Android.

意思就是枚舉類這種寫法雖然簡(jiǎn)單方便，但是內(nèi)存占用上是靜態(tài)變量的兩倍以上，所以盡可能的避免這種寫法。
??不過(guò)網(wǎng)上有的建議是如果程序不是大量采用枚舉，那么這種性能的體現(xiàn)是很小的，基本不會(huì)受到影響，不用特別在意。如果程序出現(xiàn)了性能問(wèn)題，理論上這個(gè)地方就是一個(gè)性能優(yōu)化點(diǎn)。

10.單例模式的擴(kuò)展

(1)定義

上文的幾種實(shí)現(xiàn)方式里，一個(gè)類都只產(chǎn)生一個(gè)對(duì)象。萬(wàn)一有天產(chǎn)品提的需求中，需要一個(gè)類只產(chǎn)能產(chǎn)生兩三個(gè)對(duì)象呢？該怎么實(shí)現(xiàn)？

這種需要產(chǎn)生固定數(shù)量對(duì)象的模式就叫做多例模式，實(shí)際上就是單例模式的自然推廣，作為對(duì)象的創(chuàng)建模式，多例模式有以下的特點(diǎn)：

• 多例類可有多個(gè)實(shí)例；
• 多例類必須自己創(chuàng)建，管理自己的實(shí)例，并向外界提供自己的實(shí)例。

(2)應(yīng)用實(shí)例

喜歡打麻將的同學(xué)(捂臉)都知道，每一桌麻將牌局都需要兩個(gè)骰子，因此骰子就應(yīng)該是多例類，這里就以這個(gè)場(chǎng)景為例來(lái)說(shuō)明多例模式的應(yīng)用。
實(shí)現(xiàn)代碼為：

public class Die {

    private static Die die1 = new Die();
    private static Die die2 = new Die();
    
    private Die() {
        
    }
    
    public static Die getInstance(int whichOne) {
        if(whichOne == 1) {
            return die1;
        } else {
            return die2;
        }
    }

    public synchronized int dice() {
        Random rand = new Random(System.currentTimeMillis());
        int value = rand.nextInt(6);
        value += 1;
        return value;
    }
}

在多例類Die中，使用了餓漢式方式創(chuàng)建了兩個(gè)Die的實(shí)例，根據(jù)靜態(tài)工廠方法的參數(shù)，工廠方法返還兩個(gè)實(shí)例中的一個(gè)，Die對(duì)象調(diào)用die()方法代表擲骰子，這個(gè)方法會(huì)返還一個(gè)1--6之間的隨機(jī)數(shù)，相當(dāng)于骰子的點(diǎn)數(shù)。

(3)實(shí)踐原則

一個(gè)多例類可以使用靜態(tài)變量存儲(chǔ)所有的實(shí)例，特別是實(shí)例數(shù)目不多的時(shí)候，可以使用一個(gè)個(gè)的靜態(tài)變量存儲(chǔ)一個(gè)個(gè)的實(shí)例。當(dāng)數(shù)目較多的時(shí)候，就需要使用Map等集合存儲(chǔ)這些實(shí)例。
??使用這種模式可以讓我們?cè)谠O(shè)計(jì)時(shí)決定在內(nèi)存中有多少個(gè)實(shí)例，方便系統(tǒng)進(jìn)行擴(kuò)展，修正單例可能存在的性能問(wèn)題，提高系統(tǒng)的相應(yīng)速度。例如讀取文件，我們可以在系統(tǒng)啟動(dòng)時(shí)完成初始化工作，在內(nèi)存中啟動(dòng)固定數(shù)量的reader實(shí)例，然后在需要讀取文件時(shí)就可以快速響應(yīng)。

11.小結(jié)

最后總結(jié)一下，不管哪種方案，時(shí)刻牢記單例模式的三大要點(diǎn)：

• 線程安全
• 延遲加載
• 序列化與反序列化安全

本文詳細(xì)的分析了懶漢式，餓漢式，雙重檢查鎖定，靜態(tài)內(nèi)部類，枚舉五種方式的具體實(shí)現(xiàn)原理和優(yōu)缺點(diǎn)，并簡(jiǎn)要介紹了單例模式的擴(kuò)展--多例模式。希望大家看完之后能對(duì)單例模式有進(jìn)一步的了解，并在日常工作中結(jié)合具體需求選擇適合的單例模式實(shí)現(xiàn)。

參考文獻(xiàn)

1.Double-checked locking and the Singleton pattern
2.雙重檢查鎖定與延遲初始化
3.如何防止單例模式被JAVA反射攻擊
4.Android設(shè)計(jì)模式之單例模式
5.單例模式的一些注意點(diǎn)
6.《設(shè)計(jì)模式之禪》第7章相關(guān)內(nèi)容
7.《Java與模式》第16--18章相關(guān)內(nèi)容
8.《Head First 設(shè)計(jì)模式》第5章相關(guān)內(nèi)容