一、创建型模式的特点和分类

创建型模式的主要关注点是“怎样创建对象？”，它的主要特点是“将对象的创建与使用分离”。这样可以降低系统的耦合度，使用者不需要关注对象的创建细节，对象的创建由相关的工厂来完成。就像我们去商场购买商品时，不需要知道商品是怎么生产出来一样，因为它们由专门的厂商生产。

创建型模式分为以下几种。

• 单例（Singleton）模式：某个类只能生成一个实例，该类提供了一个全局访问点供外部获取该实例，其拓展是有限多例模式。
• 原型（Prototype）模式：将一个对象作为原型，通过对其进行复制而克隆出多个和原型类似的新实例。
• 工厂方法（FactoryMethod）模式：定义一个用于创建产品的接口，由子类决定生产什么产品。
• 抽象工厂（AbstractFactory）模式：提供一个创建产品族的接口，其每个子类可以生产一系列相关的产品。
• 建造者（Builder）模式：将一个复杂对象分解成多个相对简单的部分，然后根据不同需要分别创建它们，最后构建成该复杂对象。

以上 5 种创建型模式，除了工厂方法模式属于类创建型模式，其他的全部属于对象创建型模式，我们将在之后的教程中详细地介绍它们的特点、结构与应用。

二、单例模式Singleton

2.1单例模式的定义与特点

所谓类的单例设计模式，就是采取一定的方法保证在整个的软件系统中，一个类只有一个实例，且该类能自行创建这个实例的一种模式， 所以该类只提供一个取得其对象实例的方法(静态方法)。

单例模式有 3 个特点：

1. 单例类只有一个实例对象；
2. 该单例对象必须由单例类自行创建；
3. 单例类对外提供一个访问该单例的全局访问点。

例如，Windows 中只能打开一个任务管理器，这样可以避免因打开多个任务管理器窗口而造成内存资源的浪费，或出现各个窗口显示内容的不一致等错误。在计算机系统中，还有 Windows 的回收站、操作系统中的文件系统、多线程中的线程池、显卡的驱动程序对象、打印机的后台处理服务、应用程序的日志对象、数据库的连接池、网站的计数器、Web 应用的配置对象、应用程序中的对话框、系统中的缓存等常常被设计成单例。
单例模式在现实生活中的应用也非常广泛，例如公司 CEO、部门经理等都属于单例模型。J2EE 标准中的 ServletContext 和 ServletContextConfig、Spring 框架应用中的 ApplicationContext、数据库中的连接池等也都是单例模式。

2.2单例模式的优点和缺点

单例模式的优点：

• 单例模式可以保证内存里只有一个实例，可以避免对资源的多重占用，减少了内存的开销。
• 单例模式设置全局访问点，可以优化和共享资源的访问。

单例模式的缺点：

• 单例模式一般没有接口，扩展困难。如果要扩展，则除了修改原来的代码，没有第二种途径，违背开闭原则。
• 在并发测试中，单例模式不利于代码调试。在调试过程中，如果单例中的代码没有执行完，也不能模拟生成一个新的对象。
• 单例模式的功能代码通常写在一个类中，如果功能设计不合理，则很容易违背单一职责原则。

2.3单例模式的应用场景

对于 Java 来说，单例模式可以保证在一个 JVM 中只存在单一实例。单例模式的应用场景主要有以下几个方面。

• 需要频繁创建的一些类，使用单例可以降低系统的内存压力，减少 GC。
• 某类只要求生成一个对象的时候，如一个班中的班长、每个人的身份证号、分布式ID生成器等。
• 某些类创建实例时占用资源较多，或实例化耗时较长，且经常使用，如数据库连接池等。
• 某类需要频繁实例化，而创建的对象又频繁被销毁的时候，如多线程的线程池、网络连接池等。
• 频繁访问数据库或文件的对象。
• 对于一些控制硬件级别的操作，或者从系统上来讲应当是单一控制逻辑的操作，如果有多个实例，则系统会完全乱套。
• 当对象需要被共享的场合。由于单例模式只允许创建一个对象，共享该对象可以节省内存，并加快对象访问速度。如 Web 中的配置对象、数据库的连接池等。

2.4单例设计模式八种方式

1. 饿汉式(静态常量)
2. 饿汉式（静态代码块）
3. 懒汉式(线程不安全)
4. 懒汉式(线程安全，同步方法)
5. 懒汉式(线程安全，同步代码块)
6. 双重检查
7. 静态内部类
8. 枚举

2.5单例模式的结构与实现

2.5.1饿汉式

该模式的特点是类一旦加载就创建一个单例，保证在调用 getInstance 方法之前单例已经存在了。

饿汉式(静态常量)

public class Singleton {

	// 1、构造器私有化
	private Singleton() {
	}
	
	// 2、声明一个私有的静态变量。
	// 1)优点：在类装载的时候就完成实例化，避免了线程同步问题。
	// 2)缺点：在类装载的时候就完成实例化，没有达到 Lazy Loading 的效果。如果从始至终从未使用过这个实例，则会造成内存的浪费
	private static Singleton instance = new Singleton();

	// 3、向外暴露一下公共的静态方法
	public static Singleton getInstance() {
		return instance;
	}
}

饿汉式单例在类创建的同时就已经创建好一个静态的对象供系统使用，以后不再改变，所以是线程安全的，可以直接用于多线程而不会出现问题。这种方式基于 classloder 机制避免了多线程的同步问题，不过，instance 在类装载时就实例化，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很多种，因此不能确定有其他的方式（或者其他的静态方法）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，可能造成内存浪费。

饿汉式（静态代码块）

public class Singleton {

	private Singleton() {
	}
	
	private static Singleton instance;
	
	static {
		instance = new Singleton();
	}

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

优缺点同上！

2.5.2懒汉式

该模式的特点是类加载时没有生成单例，只有当第一次调用 getlnstance 方法时才去创建这个单例。

懒汉式(双重检查，线程安全，同步代码块)

public class LazySingleton {

	private LazySingleton() {
	}

	private static volatile LazySingleton instance;

	public static LazySingleton getInstance() {
		if (instance == null) {
			// 在多线程环境下，如果同时有多个线程进入到这里，synchronized会保证只有一个线程能够执行同步代码块
			// 若instance == null，则创建对象，并且通过volatile将instance的值同步到主内存
			synchronized (LazySingleton.class) {
				if (instance == null) {
					instance = new LazySingleton();
				}
			}
		}
		return instance;
	}
}

• Double-Check 概念是多线程开发中常使用到的，如代码中所示，我们进行了两次 if (singleton == null)检查，这样就可以保证线程安全了。
• 这样，实例化代码只用执行一次，后面再次访问时，判断 if (singleton == null)，直接 return 实例化对象，也避免的反复进行方法同步.
• 线程安全；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

2.5.3静态内部类(推荐使用)

public class Singleton {

	private Singleton() {
	}

	// 静态内部类的特点：
	// 1)Singleton类装载时，静态内部类SingletonInstance不会自动装载，从而实现懒加载
	// 2)调用getInstance()方法时，静态内部类SingletonInstance才会被装载
	// 3)类装载时，线程是安全的
	private static class SingletonInstance {
		private static final Singleton instance = new Singleton();;
	}

	public static Singleton getInstance() {
		return SingletonInstance.instance;
	}
}

2.5.4枚举

public class MainClass {

	public static void main(String[] args) {
		Singleton instance1 = Singleton.INSTANCE;
		Singleton instance2 = Singleton.INSTANCE;
		System.out.println(instance1 == instance2);
		instance2.method();
	}
}

enum Singleton{
	INSTANCE;
	public void method() {
		System.out.println("hello world");
	}
}

• 优缺点说明：

1. 这借助 JDK1.5 中添加的枚举来实现单例模式。不仅能避免多线程同步问题，而且还能防止反序列化重新创建新的对象。
2. 这种方式是 Effective Java作者 Josh Bloch  提倡的方式

结论：推荐使用

2.6 源码分析