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一、前言
端午小长假冷不丁的就完了，那么接着品设计模式，今天要介绍的设计模式是单例模式，单例模式在编程中的使用很广泛，如线程池、缓存等都可采用单例模式来保证整个系统只有一个实例。然而，如何保证只有唯一一个实例是值得探讨的问题，下面开始介绍单例模式。
二、单例模式定义
定义：确保一个类只有一个实例，并提供一个全局访问点。
从定义可知，单例模式可以保证无论是在单线程环境还是多线程环境下，一个类只有唯一一个对象。
三、示例说明
考虑一个系统中存在一个缓存，并且要求该缓存在整个系统中值存在一个实例。
3.1 v1.0
在没有考虑多线程的情况下，经过分析后很可能写出如下代码。
Cache
package com.hust.grid.leesf.singleton;import java.util.concurrent.TimeUnit;public class Cache { private static Cache cache; private Cache() { } public static Cache getInstance() { if (cache == null) { try { TimeUnit.MILLISECONDS.sleep(500); } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); } cache = new Cache(); } return cache; } } Main（用于测试）
package com.hust.grid.leesf.singleton;public class Main { public static void main(String[] args) { Cache cache = Cache.getInstance(); System.out.println(cache); for (int i = 0; i < 5; i++) { cache = Cache.getInstance(); System.out.println(cache); } }} 运行结果：
com.hust.grid.leesf.singleton.Cache@659e0bfdcom.hust.grid.leesf.singleton.Cache@659e0bfdcom.hust.grid.leesf.singleton.Cache@659e0bfdcom.hust.grid.leesf.singleton.Cache@659e0bfdcom.hust.grid.leesf.singleton.Cache@659e0bfdcom.hust.grid.leesf.singleton.Cache@659e0bfd
说明：在单线程环境下调用了6次getInstance，getInstance在检查是否为null后，会休眠500ms，这样，更有利于观察，通过结果可知，生成的都是同一个对象，即只生成了一个对象，满足要求，但是在多线程环境下如何呢，下面进行测试。
3.2 v2.0
上述的Cache代码不变，改变测试代码，在多线程环境下测试。
Main（用于测试）
package com.hust.grid.leesf.singleton;public class Main { public static void main(String[] args) { for (int i = 0; i < 5; i++) { new MyThread().start(); } } static class MyThread extends Thread { public void run() { Cache cache = Cache.getInstance(); System.out.println(cache); } }} 运行结果
com.hust.grid.leesf.singleton.Cache@20b708e4com.hust.grid.leesf.singleton.Cache@43e8772dcom.hust.grid.leesf.singleton.Cache@793d2cfacom.hust.grid.leesf.singleton.Cache@43e8772dcom.hust.grid.leesf.singleton.Cache@407e3dad
说明：在多线程环境下，并且由上述结果可知，系统并未只生成一个Cache对象，而是生成了多个，不满足要求。下面对Cache进行修改，使其在多线程环境下也只生成一个Cache对象。
3.3 v3.0（急切创建实例）
急切的创建实例，不采用延迟实例化的做法，这种做法依赖JVM在加载这个类时马上创建此唯一的单例，JVM会保证在任何线程访问cache静态变量时，一定先创建此实例。
Cache
package com.hust.grid.leesf.singleton;public class Cache { private static Cache cache = new Cache(); private Cache() { } public static Cache getInstance() { return cache; } } Main与v2.0的Main相同。
运行结果
com.hust.grid.leesf.singleton.Cache@43e8772dcom.hust.grid.leesf.singleton.Cache@43e8772dcom.hust.grid.leesf.singleton.Cache@43e8772dcom.hust.grid.leesf.singleton.Cache@43e8772dcom.hust.grid.leesf.singleton.Cache@43e8772d
说明：在多线程环境下，只生成了唯一一个实例，满足条件。但是，这种方法有一定的缺陷。如在系统运行一段时间后，才需要使用到Cache实例，而非一加载就需要使用。
3.4 v4.0（同步）
对比v3.0的急切创建实例而言，v4.0使用延迟加载，即在需要的时候再加载，并且采用同步保证多线程环境下只创建唯一一个对象。
3.4.1 v4.0.1（同步方法）
使用同步方法实现单例模式
Cache
package com.hust.grid.leesf.singleton;public class Cache { private static Cache cache; private Cache() { } public synchronized static Cache getInstance() { if (cache == null) { cache = new Cache(); } return cache; } } Main类的代码不变
运行结果
com.hust.grid.leesf.singleton.Cache@43e8772dcom.hust.grid.leesf.singleton.Cache@43e8772dcom.hust.grid.leesf.singleton.Cache@43e8772dcom.hust.grid.leesf.singleton.Cache@43e8772dcom.hust.grid.leesf.singleton.Cache@43e8772d
说明：在多线程环境下，只生成了唯一一个实例，满足条件。
3.4.2 v4.0.2（同步块）
使用同步块实现单例模式
package com.hust.grid.leesf.singleton;public class Cache { private static Cache cache; private Cache() { } public static Cache getInstance() { synchronized (Cache.class) { if (cache == null) { cache = new Cache(); } } return cache; }} Main类的代码不变
com.hust.grid.leesf.singleton.Cache@43e8772dcom.hust.grid.leesf.singleton.Cache@43e8772dcom.hust.grid.leesf.singleton.Cache@43e8772dcom.hust.grid.leesf.singleton.Cache@43e8772dcom.hust.grid.leesf.singleton.Cache@43e8772d
说明：在多线程环境下，只生成了唯一一个实例，满足条件。
v4.0.1和v4.0.2都存在一个问题，即每次调用getInstance方法时，都需要进行同步处理，实际上，只需要在第一次调用getInstance时进行同步即可，后面再调用时，无需进行同步。
3.5 v5.0
使用延迟加载，采用双重检查加锁机制来实现单例模式。
package com.hust.grid.leesf.singleton;public class Cache { private volatile static Cache cache; private Cache() { } public static Cache getInstance() { if (cache == null) { synchronized (Cache.class) { if (cache == null) { cache = new Cache(); } } } return cache; }} Main类的代码不变
运行结果
com.hust.grid.leesf.singleton.Cache@6c6aa204com.hust.grid.leesf.singleton.Cache@6c6aa204com.hust.grid.leesf.singleton.Cache@6c6aa204com.hust.grid.leesf.singleton.Cache@6c6aa204com.hust.grid.leesf.singleton.Cache@6c6aa204
说明：由结果可知，在多线程环境下，只生成了唯一一个实例，满足条件。cache使用volatile修饰，可以某个线程修改了cache域后，能够对其他线程立即可见。
当单例模式遇上了不同的类加载器时，还是否会保证单例呢？由于不同的类加载器有自己的类空间，所以会产生多个实例，这时，需要自行制定类加载器，并指定同一个类加载器。
四、总结
单例模式比较简单，毕竟在生产环境中也有些应用，在面试的时候也会有所涉及，所以掌握单例模式总是好的，所有源代码已经上传至，欢迎fork，谢谢各位园友的观看~
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