文章轉自:http://www.tools138.com/create/article/20150929/020009847.html

單利模式的優缺點和使用場景 

首先介紹一下單例模式： 
    單例模式（Singleton），也叫單子模式，是一種常用的軟體設計模式。在應用這個模式時，單例物件的類必須保證只有一個例項存在。許多時候整個系統只需要擁有一個的全域性物件，這樣有利於我們協調系統整體的行為。比如在某個伺服器程式中，該伺服器的配置資訊存放在一個檔案中，這些配置資料由一個單例物件統一讀取，然後服務程序中的其他物件再通過這個單例物件獲取這些配置資訊。這種方式簡化了在複雜環境下的配置管理。 

實現單例模式的思路是： 
    一個類能返回物件一個引用(永遠是同一個)和一個獲得該例項的方法（必須是靜態方法，通常使用getInstance這個名 稱）；當我們呼叫這個方法時，如果類持有的引用不為空就返回這個引用，如果類保持的引用為空就建立該類的例項並將例項的引用賦予該類保持的引用；同時我們 還將該類的建構函式定義為私有方法，這樣其他處的程式碼就無法通過呼叫該類的建構函式來例項化該類的物件，只有通過該類提供的靜態方法來得到該類的唯一例項。 

需要注意的地方： 
    單例模式在多執行緒的 應用場合下必須小心使用。如果當唯一例項尚未建立時，有兩個執行緒同時呼叫建立方法，那麼它們同時沒有檢測到唯一例項的存在，從而同時各自建立了一個例項， 這樣就有兩個例項被構造出來，從而違反了單例模式中例項唯一的原則。 解決這個問題的辦法是為指示類是否已經例項化的變數提供一個互斥鎖(雖然這樣會降低效率)。 

優點： 
    1.在單例模式中，活動的單例只有一個例項，對單例類的所有例項化得到的都是相同的一個例項。這樣就 防止其它物件對自己的例項化，確保所有的物件都訪問一個例項 
    2.單例模式具有一定的伸縮性，類自己來控制例項化程序，類就在改變例項化程序上有相應的伸縮性。 
    3.提供了對唯一例項的受控訪問。 
    4.由於在系統記憶體中只存在一個物件，因此可以 節約系統資源，當 需要頻繁建立和銷燬的物件時單例模式無疑可以提高系統的效能。 
    5.允許可變數目的例項。 
    6.避免對共享資源的多重佔用。 
缺點： 
    1.不適用於變化的物件，如果同一型別的物件總是要在不同的用例場景發生變化，單例就會引起資料的錯誤，不能儲存彼此的狀態。 
    2.由於單利模式中沒有抽象層，因此單例類的擴充套件有很大的困難。 
    3.單例類的職責過重，在一定程度上違背了“單一職責原則”。 
    4.濫用單例將帶來一些負面問題，如為了節省資源將資料庫連線池物件設計為的單例類，可能會導致共享連線池物件的程式過多而出現連線池溢位；如果例項化的物件長時間不被利用，系統會認為是垃圾而被回收，這將導致物件狀態的丟失。 
使用注意事項： 
    1.使用時不能用反射模式建立單例，否則會例項化一個新的物件 
    2.使用懶單例模式時注意執行緒安全問題 
    3.餓單例模式和懶單例模式構造方法都是私有的，因而是不能被繼承的，有些單例模式可以被繼承（如登記式模式） 
適用場景： 
    單例模式只允許建立一個物件，因此節省記憶體，加快物件訪問速度，因此物件需要被公用的場合適合使用，如多個模組使用同一個資料來源連線物件等等。如： 
    1.需要頻繁例項化然後銷燬的物件。 
    2.建立物件時耗時過多或者耗資源過多，但又經常用到的物件。 
    3.有狀態的工具類物件。 
    4.頻繁訪問資料庫或檔案的物件。 
以下都是單例模式的經典使用場景： 
    1.資源共享的情況下，避免由於資源操作時導致的效能或損耗等。如上述中的日誌檔案，應用配置。 
    2.控制資源的情況下，方便資源之間的互相通訊。如執行緒池等。 
應用場景舉例： 
    1.外部資源：每臺計算機有若干個印表機，但只能有一個PrinterSpooler，以避免兩個列印作業同時輸出到印表機。內部資源：大多數軟體都有一個（或多個）屬性檔案存放系統配置，這樣的系統應該有一個物件管理這些屬性檔案 
    2. Windows的Task Manager（工作管理員）就是很典型的單例模式（這個很熟悉吧），想想看，是不是呢，你能開啟兩個windows task manager嗎？ 不信你自己試試看哦~ 
    3. windows的Recycle Bin（回收站）也是典型的單例應用。在整個系統執行過程中，回收站一直維護著僅有的一個例項。 
    4. 網站的計數器，一般也是採用單例模式實現，否則難以同步。 
    5. 應用程式的日誌應用，一般都何用單例模式實現，這一般是由於共享的日誌檔案一直處於開啟狀態，因為只能有一個例項去操作，否則內容不好追加。 
    6. Web應用的配置物件的讀取，一般也應用單例模式，這個是由於配置檔案是共享的資源。 
    7. 資料庫連線池的設計一般也是採用單例模式，因為資料庫連線是一種資料庫資源。資料庫軟體系統中使用資料庫連線池，主要是節省開啟或者關閉資料庫連線所引起的效率損耗，這種效率上的損耗還是非常昂貴的，因為何用單例模式來維護，就可以大大降低這種損耗。 
    8. 多執行緒的執行緒池的設計一般也是採用單例模式，這是由於執行緒池要方便對池中的執行緒進行控制。 
    9. 作業系統的檔案系統，也是大的單例模式實現的具體例子，一個作業系統只能有一個檔案系統。 
    10. HttpApplication 也是單位例的典型應用。熟悉ASP.Net(IIS)的整個請求生命週期的人應該知道HttpApplication也是單例模式，所有的HttpModule都共享一個HttpApplication例項. 
　　 
實現單利模式的原則和過程： 
    1.單例模式：確保一個類只有一個例項，自行例項化並向系統提供這個例項 
    2.單例模式分類：餓單例模式（類載入時例項化一個物件給自己的引用），懶單例模式（呼叫取得例項的方法如getInstance時才會例項化物件）（java中餓單例模式效能優於懶單例模式，c++中一般使用懶單例模式） 
    3.單例模式要素： 
        a.私有構造方法 
        b.私有靜態引用指向自己例項 
        c.以自己例項為返回值的公有靜態方法 

1.餓漢式：單例例項在類裝載時就構建，急切初始化。（預先載入法） 

/**
* 餓漢式（推薦）
*
*/
public class Test {
        private Test() {
        }
        public static Test instance = new Test();
        public Test getInstance() {
                return instance;
        }
}

優點 
    1.執行緒安全 
    2.在類載入的同時已經建立好一個靜態物件，呼叫時反應速度快 
缺點 
    資源效率不高，可能getInstance()永遠不會執行到，但執行該類的其他靜態方法或者載入了該類（class.forName)，那麼這個例項仍然初始化 


2.懶漢式：單例例項在第一次被使用時構建，延遲初始化。 

class Test {
        private Test() {
        }
        public static Test instance = null;
        public static Test getInstance() {
                if (instance == null) {
              //多個執行緒判斷instance都為null時，在執行new操作時多執行緒會出現重複情況
                        instance = new Singleton2();
                }
                return instance;
        }
}

優點： 
    避免了餓漢式的那種在沒有用到的情況下建立事例，資源利用率高，不執行getInstance()就不會被例項，可以執行該類的其他靜態方法。 
缺點： 
    懶漢式在單個執行緒中沒有問題，但多個執行緒同事訪問的時候就可能同事建立多個例項，而且這多個例項不是同一個物件，雖然後面建立的例項會覆蓋先建立的例項，但是還是會存在拿到不同物件的情況。解決這個問題的辦法就是加鎖synchonized，第一次載入時不夠快，多執行緒使用不必要的同步開銷大。 

3.雙重檢測 

class Test {
        private Test() {
        }
        public static Test instance = null;

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

優點 
    資源利用率高，不執行getInstance()就不被例項，可以執行該類其他靜態方法 
缺點 
    第一次載入時反應不快，由於java記憶體模型一些原因偶爾失敗 


4.靜態內部類 

class Test {
        private Test() {
        }

        private static class SingletonHelp {
                static Test instance = new Test();
        }

        public static Test getInstance() {
                return SingletonHelp.instance;
        }
}

優點 
    資源利用率高，不執行getInstance()不被例項，可以執行該類其他靜態方法 
缺點 
    第一次載入時反應不夠快 

總結： 
    一般採用餓漢式，若對資源十分在意可以採用靜態內部類，不建議採用懶漢式及雙重檢測