过气的，终究是过气了

上一章简单介绍了 UML 类图(二), 如果没有看过,请观看上一章

一. 单例模式

所谓的单例设计模式，就是采用一定的方法保证在整个的软件系统中，对某个类只能存在一个对象实例，
并且该类只提供一个取得其对象实例的方法 (静态方法)

一.一单例模式介绍

引用菜鸟教程里面的单例模式介绍: https://www.runoob.com/design-pattern/singleton-pattern.html

单例模式（Singleton Pattern）是 Java 中最简单的设计模式之一。这种类型的设计模式属于创建型模式，
它提供了一种创建对象的最佳方式。

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。

注意：

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。

一.二介绍

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。

应用实例：

1、一个班级只有一个班主任。
2、Windows 是多进程多线程的，在操作一个文件的时候，就不可避免地出现多个进程或线程同时操作一个文件的现象，所以所有文件的处理必须通过唯一的实例来进行。
3、一些设备管理器常常设计为单例模式，比如一个电脑有两台打印机，在输出的时候就要处理不能两台打印机打印同一个文件。

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。

二. 单例模式代码应用

二.一八种模式

饿汉式 (静态常量)
饿汉式 (静态代码块)
懒汉式 (线程不安全)
懒汉式 (线程安全，同步方法)
懒汉式 (线程安全，同步代码块)
双重检查
静态内部类
枚举

二.二饿汉式 (静态常量)

直接构建对象

二.二.一代码

public class Single01 {
    /**
    类的内部创建对象
     final static
     */
    private final static Single01 instance = new Single01();
    /**
    构建方法地私有化
     */
    private Single01() {

    }
    /**
      对外提供一个静态的公共方法
     */
    public static Single01 getInstance() {
        return instance;
    }
}

测试方法:

 	@Test
    public void oneTest() {
        Single01 single01 = Single01.getInstance();
        Single01 single02 = Single01.getInstance();

        log.info("是否相同: {}", single01 == single02);
        log.info(" hashcode 是否相同: {}", single01.hashCode() == single02.hashCode());
    }

二.二.二优缺点

优点: 写法比较简单，就是在类装载的时候就完成实例化。避免了线程同步的问题。

缺点: 在类装载的时候就完成实例化，没有达到 Lazy Loading 懒加载的效果。
如果从始至终从未使用过这个变量，则会造成内存的浪费。

这种方式基于 classloader 机制避免了多线程同步的问题，不过 instance 在类装载时就进行实例化，
在单例模式中大多数都是调用 getInstance() 方法，但是导致类装载的原因有多种，因此不能确定有其他的方式 (其他的静态方法)
导致类装载，这时候初始化 instance 就没有达到 lazy loading 的效果。

结论: 这种单例模式可用，但可能会造成内存浪费。

二.三饿汉式 (静态代码块)

静态代码块里面构建对象

二.三.一代码

public class Single02 {
    private static Single02 instance ;
    static {
        instance = new Single02();
    }
    private Single02 (){

    }

    public static Single02 getInstance() {
        return instance;
    }
}

@Test
    public void twoTest() {
        Single02 single01 = Single02.getInstance();
        Single02 single02 = Single02.getInstance();

        log.info("是否相同: {}", single01 == single02);
        log.info(" hashcode 是否相同: {}", single01.hashCode() == single02.hashCode());
    }

二.三.二优缺点

这种方式和上面的方式其实类似，只不过将类实例化的过程放在了静态代码块中，
也是在类装载的时候，就执行静态代码块中的代码，初始化类的实例。优缺点和上面是一样的。
结论：这种单例模式可用，但是可能造成内存浪费

二.四懒汉式 (线程不安全)

方法中验证为空再进行构建对象

二.四.一代码

public class LanSingle03 {
    private static LanSingle03 instance;

    private LanSingle03 (){

    }

    public static LanSingle03 getInstance() {
        if (instance == null) {
            instance = new LanSingle03();
        }
        return instance;
    }
}

测试方法:

  @Test
    public void threeTest() {
        LanSingle03 single01 = LanSingle03.getInstance();
        LanSingle03 single02 = LanSingle03.getInstance();

        log.info("是否相同: {}", single01 == single02);
        log.info(" hashcode 是否相同: {}", single01.hashCode() == single02.hashCode());
    }

但是该方式在多线程环境下会存在并发问题

  @Test
    public void threadTest() throws Exception{
        for( int i = 0; i< 20; i++) {
            new Thread(()->{
                log.info(">>> 打印实例: {}", LanSingle03.getInstance());
            },i+"").start();
        }
        TimeUnit.SECONDS.sleep(2);
    }

二.四.二优缺点说明

起到了 Lazy Loading 的效果，但是只能在单线程下使用。
如果在多线程下，一个线程进行了 if 判断语句，还没有来得及往下执行，另一个线程也通过了这个判断语句，这时便会产生多个实例。
所以在多线程环境下不可以使用这种方式

结论: 在实际开发中，不要使用这种方式

二.五懒汉式 (线程安全，同步方法)

方法上添加 synchronized 进行同步

二.五.一代码

public class LanSingle04 {
    private static LanSingle04 instance;

    private LanSingle04(){

    }

    public synchronized static LanSingle04 getInstance() {
        if (instance == null) {
            instance = new LanSingle04();
        }
        return instance;
    }
}

  @Test
    public void fourTest() {
        LanSingle04 single01 = LanSingle04.getInstance();
        LanSingle04 single02 = LanSingle04.getInstance();

        log.info("是否相同: {}", single01 == single02);
        log.info(" hashcode 是否相同: {}", single01.hashCode() == single02.hashCode());
    }

二.五.二优缺点

解决了线程安全问题
效率太低了，每个线程在想获得类的实例的时候，执行 getInstance() 方法都要进行同步。
而其实这个方法只执行一次实例化代码就够了，后面的想获得该类的实例的时候，直接 return 就行了。
方法进行同步，效率太低。
结论: 在实际开发中，不推荐使用这种方式

二.六懒汉式 (线程安全,同步代码块)

方法中，为空时，同步类，同步代码块内部进行实例化

二.六.一代码

public class LanSingle05 {
    private static LanSingle05 instance;

    private LanSingle05(){

    }

    public static LanSingle05 getInstance() {
        if (instance == null) {
            synchronized (LanSingle05.class){
                instance = new LanSingle05();
            }
        }
        return instance;
    }
}

    @Test
    public void fiveTest() {
        LanSingle05 single01 = LanSingle05.getInstance();
        LanSingle05 single02 = LanSingle05.getInstance();

        log.info("是否相同: {}", single01 == single02);
        log.info(" hashcode 是否相同: {}", single01.hashCode() == single02.hashCode());
    }

有线程安全的问题:

 @Test
    public void threadTest() throws Exception{
        for( int i = 0; i< 20; i++) {
            new Thread(()->{
                log.info(">>> 打印实例: {}", LanSingle05.getInstance());
            },i+"").start();
        }
        TimeUnit.SECONDS.sleep(2);
    }

二.六.二优缺点

有线程同步问题

结论: 在实际开发中，不推荐使用这种方式

二.七双重检查

双重检查，在同步代码块内部，再判断一下是否为空，为空才进行实例化

二.七.一代码

public class CheckSingle06 {
    private static CheckSingle06 instance;

    private CheckSingle06(){

    }

    public static CheckSingle06 getInstance() {
        if (instance == null) {
            synchronized (CheckSingle06.class){
               if (instance == null) {
                   instance = new CheckSingle06();
               }
            }
        }
        return instance;
    }
}

  @Test
    public void sexTest() {
        CheckSingle06 single01 = CheckSingle06.getInstance();
        CheckSingle06 single02 = CheckSingle06.getInstance();

        log.info("是否相同: {}", single01 == single02);
        log.info(" hashcode 是否相同: {}", single01.hashCode() == single02.hashCode());
    }

二.七.二优缺点

Double-Check 概念是多线程开发中常使用到的，进行了两次 if( instance == null) 检查，这样就可以保证线程安全了。
实例化代码只用了一次，后面再访问时，判断 if (instance ==null) 直接 return 实例化对象，也避免了反复进行方法同步。
线程安全的: 会延迟加载，效率较高。
结论: 在实际开发中，推荐使用这种单例设计模式

二.八静态内部类

定义一个静态的内部类，内部类中属性进行构建

二.八.一代码

public class InnerSingle07 {
    private InnerSingle07(){

    }

    private static class InnerClass {
        private static final InnerSingle07 INSTANCE = new InnerSingle07();
    }


    public static InnerSingle07 getInstance() {
       return InnerClass.INSTANCE;
    }
}

测试方法:

 @Test
    public void sevenTest() {
        InnerSingle07 single01 = InnerSingle07.getInstance();
        InnerSingle07 single02 = InnerSingle07.getInstance();

        log.info("是否相同: {}", single01 == single02);
        log.info(" hashcode 是否相同: {}", single01.hashCode() == single02.hashCode());
    }

二.八.二优缺点

采用了类装载的机制来保证初始化实例只有一个线程
静态内部类方式在 InnerSingle07 类被装载时并不会立即实例化，而是在需要实例化时，调用 getInstance 方法，
才会装载 InnerClass 类，从而完成 InnerSingle07 的实例化。
类的静态属性只会在第一次加载类的时候初始化，所以在这里， JVM 帮助我们保证了线程的安全性，
在类进行初始化时，别的线程是无法进入的。
优点: 避免了线程不安全，利用静态内部类特点实现了延迟加载，效率高。
结论: 推荐使用

二.九枚举

枚举 enum

二.九.一代码

public enum EnumSingle08 {
   INSTANCE("1");

    private String name;

    EnumSingle08(String name) {
        this.name = name;
    }

    public String getName() {
        return name;
    }
}

@Test
    public void nightTest() {
        EnumSingle08 single01 = EnumSingle08.INSTANCE;
        EnumSingle08 single02 = EnumSingle08.INSTANCE;

        log.info("是否相同: {}", single01 == single02);
        log.info(" hashcode 是否相同: {}", single01.hashCode() == single02.hashCode());
    }