Question

将一个类设计成单例设计模式，需要哪些步骤

Answer 1

单例模式（Singleton Pattern）是一个比较简单的模式。

定义：
确保某一个类只有一个实例，而且自动实例化并向整个系统提供这个实例。

通用类图：

通用代码：
Singleton类称为单例类，通过使用private的构造函数确保了在一个应用中只产生一个实例，并且是自行实例化的。
/**
* 线程安全的单例模式
* 饿汉式单例
* @author Administrator
*
*/
public class Singleton {

private static final Singleton singleton = new Singleton();

// 限制产生多个对象
private Singleton() {
}

// 通过该方法获得实例对象
public static Singleton getSingleton() {
return singleton;
}

// 类中其他方法尽量是static
public static void doSomething() {

}
}

单例模式的优点：
由于单例模式在内存中只有一个实例，减少了内存开支，特别是一个对象需要频繁地创建、销毁时，而且创建或销毁时性能又无法优化，单例模式的优势就非常明显了。
由于单例模式只生成一个实例，所以减少了系统的性能开销，当一个对象的产生需要比较多的资源时，如读取配置、产生其他依赖对象时，则可以通过在应用启动时直接产生一个单例对象，然后用永久驻留内存的方式来解决。
单例模式可以避免对资源的多重占用，例如一个写文件动作，由于只有一个实例存在内存中，避免对同一个资源文件的同时写操作。
单例模式可以在系统设置全局的访问点，优化和共享资源访问，例如可以设计一个单例类，负责所有数据表的映射处理。

单例模式的缺点：
单例模式一般没有接口，扩展很困难，若要扩展，除了修改代码基本上没有第二种途径可以实现。
单例模式对测试是不利的。在并行开发环境中，如果单例模式没有完成，是不能进行测试的，没有接口也不能用mock的方式虚拟一个对象。
单例模式与单一职责原则有冲突。一个类应该只实现一个逻辑，而不关心它是否是单例的，是不是要单例取决于环境，单例模式把“要单例”和业务逻辑融合在一个类中。

单例模式的使用场景：
要求生成唯一序列号的环境；
在整个项目中需要一个共享访问点或共享数据，例如一个Web页面上的计数器，可以不用把每次刷新都记录到数据库中，使用单例模式保持计数器的值，并确保是线程安全的；
创建一个对象需要消耗的资源过多，如要访问IO和数据库等资源；
需要定义大量的静态常量和静态方法（如工具类）的环境，可以采用单例模式（当然，也可以直接声明为static的方式）。

单例模式的注意事项：
1. 在高并发情况下，请注意单例模式的线程同步问题。
/**
* 懒汉式单例
* @author Administrator
*
*/
public class Singleton2 {

private static Singleton2 singleton = null;

// 限制产生多个对象
private Singleton2() {
}

// 通过该方法获得实例对象
public static Singleton2 getSingleton() {
synchronized (singleton) {
if (singleton == null) {
singleton = new Singleton2();
}
}
return singleton;
}
}

如果不加synchronized进行控制，如果第一个线程A执行到singleton = new Singleton2()，但还没有获得对象，第二个线程B也在执行，执行到if (singleton == null)判断，那么线程B获得判断条件为真，于是继续运行下去，线程A和B都获得了对象，内存中就出现了两个对象。
建议使用饿汉式单例，那是线程安全的单例模式。

2. 需要考虑对象的复制情况。在Java中，若实现Cloneable接口，并实现了clone方法，则可以直接通过对象复制方式创建一个新对象，对象复制是不用调用类的构造函数的。

3. 注意JVM的垃圾回收机制，如果我们的一个单例对象在内存中长久不使用，JVM就认为这是一个垃圾对象，在CPU资源空闲的情况下该对象会被清理掉，下次再调用时就需要产生一个新对象。如果该对象作为有状态值的管理，则会出现状态恢复原状的情况，就会出现故障。
有两种方法可以解决该问题
1、由容器管理单例的生命周期
Java EE容器或者框架级容器（如Spring）可以让对象长久驻留内存。
2、状态随时记录
可以使用异步记录的方式，或者使用观察者模式，记录状态的变化，写入文件或写入数据库中，确保即使单例对象重新初始化也可以从资源环境获得销毁前的数据，避免应用数据丢失。

单例模式的扩展：
能产生固定数量实例的单例模式
/**
* 能产生固定数量实例的单例模式
* @author Administrator
*
*/
public class Singleton3 {

// 最多能产生的实例数
private static int maxNumOfSingleton = 2;

// 定义一个列表，容纳所有实例
private static ArrayList<Singleton3> singletonList = new ArrayList<Singleton3>();

// 产生所有对象
static {
for (int i = 0; i < maxNumOfSingleton; i++) {
singletonList.add(new Singleton3());
}
}

// 限制其他类生成对象
private Singleton3() {
}

// 随机获得一个实例
public static Singleton3 getInstance() {
Random random = new Random();
return singletonList.get(random.nextInt(maxNumOfSingleton));
}

}