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單例模式

單例模式（Singleton Pattern）是 Java 中最簡單的設計模式之一。這種型別的設計模式屬於建立型模式，它提供了一種建立物件的最佳方式。

這種模式涉及到一個單一的類，該類負責建立自己的物件，同時確保只有單個物件被建立。這個類提供了一種訪問其唯一的物件的方式，可以直接訪問，不需要例項化該類的物件。

注意：
單例類只有一個例項
單例類必須給自己建立自己的唯一例項
單例類必須給所有其他物件提供這個例項

優點：

1、在記憶體裡只有一個例項，減少了記憶體的開銷，尤其是頻繁的建立和銷燬例項（比如管理學院首頁頁面快取）。
2、避免對資源的多重佔用（比如寫檔案操作）。

單例模式的幾種實現方式
單例模式的實現有多種方式，如下所示：

1、懶漢式，執行緒不安全
描述：這種方式是最基本的實現方式，這種實現最大的問題就是不支援多執行緒。因為沒有加鎖 synchronized，所以嚴格意義上它並不算單例模式。
這種方式 lazy loading 很明顯，不要求執行緒安全，在多執行緒不能正常工作。

例項
public class Singleton {
private static Singleton instance;
private Singleton (){}

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

}
接下來介紹的幾種實現方式都支援多執行緒，但是在效能上有所差異。

2、懶漢式，執行緒安全

描述：這種方式具備很好的 lazy loading，能夠在多執行緒中很好的工作，但是，效率很低，99% 情況下不需要同步。
優點：第一次呼叫才初始化，避免記憶體浪費。
缺點：必須加鎖 synchronized 才能保證單例，但加鎖會影響效率。
getInstance() 的效能對應用程式不是很關鍵（該方法使用不太頻繁）。

例項
public class Singleton {
private static Singleton instance;
private Singleton (){}
public static synchronized Singleton getInstance() {

描述：這種方式比較常用，但容易產生垃圾物件。
優點：沒有加鎖，執行效率會提高。
缺點：類載入時就初始化，浪費記憶體。
它基於 classloader 機制避免了多執行緒的同步問題，不過，instance 在類裝載時就例項化，雖然導致類裝載的原因有很多種，在單例模式中大多數都是呼叫 getInstance 方法， 但是也不能確定有其他的方式（或者其他的靜態方法）導致類裝載，這時候初始化 instance 顯然沒有達到 lazy loading 的效果。

例項
public class Singleton {
private static Singleton instance = new Singleton();
private Singleton (){}
public static Singleton getInstance() {
return instance;
}
}
4、雙檢鎖/雙重校驗鎖（DCL，即 double-checked locking）
JDK 版本：JDK1.5 起

描述：這種方式採用雙鎖機制，安全且在多執行緒情況下能保持高效能。
getInstance() 的效能對應用程式很關鍵。

例項
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;
}
}
5、登記式/靜態內部類
描述：這種方式能達到雙檢鎖方式一樣的功效，但實現更簡單。對靜態域使用延遲初始化，應使用這種方式而不是雙檢鎖方式。這種方式只適用於靜態域的情況，雙檢鎖方式可在例項域需要延遲初始化時使用。
這種方式同樣利用了 classloader 機制來保證初始化 instance 時只有一個執行緒，它跟第 3 種方式不同的是：第 3 種方式只要 Singleton 類被裝載了，那麼 instance 就會被例項化（沒有達到 lazy loading 效果），而這種方式是 Singleton 類被裝載了，instance 不一定被初始化。因為 SingletonHolder 類沒有被主動使用，只有通過顯式呼叫 getInstance 方法時，才會顯式裝載 SingletonHolder 類，從而例項化 instance。想象一下，如果例項化 instance 很消耗資源，所以想讓它延遲載入，另外一方面，又不希望在 Singleton 類載入時就例項化，因為不能確保 Singleton 類還可能在其他的地方被主動使用從而被載入，那麼這個時候例項化 instance 顯然是不合適的。這個時候，這種方式相比第 3 種方式就顯得很合理。

例項
public class Singleton {
private static class SingletonHolder {
private static final Singleton INSTANCE = new Singleton();
}
private Singleton (){}
public static final Singleton getInstance() {
return SingletonHolder.INSTANCE;
}
}
6、列舉
JDK 版本：JDK1.5 起

描述：這種實現方式還沒有被廣泛採用，但這是實現單例模式的最佳方法。它更簡潔，自動支援序列化機制，絕對防止多次例項化。
這種方式是 Effective Java 作者 Josh Bloch 提倡的方式，它不僅能避免多執行緒同步問題，而且還自動支援序列化機制，防止反序列化重新建立新的物件，絕對防止多次例項化。不過，由於 JDK1.5 之後才加入 enum 特性，用這種方式寫不免讓人感覺生疏，在實際工作中，也很少用。
不能通過 reflection attack 來呼叫私有構造方法。

例項
public enum Singleton {
INSTANCE;
public void whateverMethod() {
}
}

工廠模式
工廠模式（Factory Pattern）是 Java 中最常用的設計模式之一。這種型別的設計模式屬於建立型模式，它提供了一種建立物件的最佳方式。

在工廠模式中，我們在建立物件時不會對客戶端暴露建立邏輯，並且是通過使用一個共同的介面來指向新建立的物件。

實現
我們將建立一個 Shape 介面和實現 Shape 介面的實體類。下一步是定義工廠類 ShapeFactory。

FactoryPatternDemo 類使用 ShapeFactory 來獲取 Shape 物件。它將向 ShapeFactory 傳遞資訊（CIRCLE / RECTANGLE / SQUARE），以便獲取它所需物件的型別。

步驟 1
建立一個介面:

Shape.java
public interface Shape {
void draw();
}
步驟 2
建立實現介面的實體類。

Rectangle.java
public class Rectangle implements Shape {

@Override
public void draw() {
System.out.println(“Inside Rectangle::draw() method.”);
}
}
Square.java
public class Square implements Shape {

@Override
public void draw() {
System.out.println(“Inside Square::draw() method.”);
}
}
Circle.java
public class Circle implements Shape {

@Override
public void draw() {
System.out.println(“Inside Circle::draw() method.”);
}
}
步驟 3
建立一個工廠，生成基於給定資訊的實體類的物件。

ShapeFactory.java
public class ShapeFactory {

//使用 getShape 方法獲取形狀型別的物件
public Shape getShape(String shapeType){
if(shapeType == null){
return null;
}
if(shapeType.equalsIgnoreCase(“CIRCLE”)){
return new Circle();
} else if(shapeType.equalsIgnoreCase(“RECTANGLE”)){
return new Rectangle();
} else if(shapeType.equalsIgnoreCase(“SQUARE”)){
return new Square();
}
return null;
}
}
步驟 4
使用該工廠，通過傳遞型別資訊來獲取實體類的物件。

FactoryPatternDemo.java
public class FactoryPatternDemo {

public static void main(String[] args) {
ShapeFactory shapeFactory = new ShapeFactory();

  //獲取 Circle 的物件，並呼叫它的 draw 方法
  Shape shape1 = shapeFactory.getShape("CIRCLE");

  //呼叫 Circle 的 draw 方法
  shape1.draw();

  //獲取 Rectangle 的物件，並呼叫它的 draw 方法
  Shape shape2 = shapeFactory.getShape("RECTANGLE");

  //呼叫 Rectangle 的 draw 方法
  shape2.draw();

  //獲取 Square 的物件，並呼叫它的 draw 方法
  Shape shape3 = shapeFactory.getShape("SQUARE");

  //呼叫 Square 的 draw 方法
  shape3.draw();

}
}
步驟 5
執行程式，輸出結果：

Inside Circle::draw() method.
Inside Rectangle::draw() method.
Inside Square::draw() method.