1. 簡介

??單例模式確保某一個類只有一個實例放案，而且自行實例化并向整個系統(tǒng)提供這個實例姚建，這個類稱為單例類，它提供全局訪問的方法吱殉。

??單例模式的要點有三個：一是某個類只能有一個實例掸冤；二是它必須自行創(chuàng)建這個實例；三是它必須自行向整個系統(tǒng)提供這個實例友雳。單例模式是一種對象創(chuàng)建型模式稿湿。單例模式又名單件模式或單態(tài)模式。

在單例模式的實現(xiàn)過程中押赊，需要注意如下三點：

• 單例類的構(gòu)造函數(shù)為私有(即無法創(chuàng)建對象)饺藤；
• 提供一個自身的靜態(tài)私有成員變量；
• 提供一個公有的靜態(tài)工廠方法流礁。

優(yōu)點：

• 提供了對唯一實例的受控訪問涕俗。因為單例類封裝了它的唯一實例，所以它可以嚴(yán)格控制客戶怎樣以及何時訪問它神帅，并為設(shè)計及開發(fā)團(tuán)隊提供了共享的概念再姑。
• 由于在系統(tǒng)內(nèi)存中只存在一個對象，因此可以節(jié)約系統(tǒng)資源找御，對于一些需要頻繁創(chuàng)建和銷毀的對象元镀，單例模式無疑可以提高系統(tǒng)的性能。
• 允許可變數(shù)目的實例霎桅。我們可以基于單例模式進(jìn)行擴(kuò)展栖疑，使用與單例控制相似的方法來獲得指定個數(shù)的對象實例。

缺點：

• 由于單例模式中沒有抽象層滔驶，因此單例類的擴(kuò)展有很大的困難遇革。
• 單例類的職責(zé)過重，在一定程度上違背了“單一職責(zé)原則”。因為單例類既充當(dāng)了工廠角色澳淑，提供了工廠方法比原，同時又充當(dāng)了產(chǎn)品角色，包含一些業(yè)務(wù)方法杠巡，將產(chǎn)品的創(chuàng)建和產(chǎn)品的本身的功能融合到一起量窘。
• 濫用單例將帶來一些負(fù)面問題，如為了節(jié)省資源將數(shù)據(jù)庫連接池對象設(shè)計為單例類氢拥，可能會導(dǎo)致共享連接池對象的程序過多而出現(xiàn)連接池溢出蚌铜；現(xiàn)在很多面向?qū)ο笳Z言(如Java、C#)的運行環(huán)境都提供了自動垃圾回收的技術(shù)嫩海，因此冬殃，如果實例化的對象長時間不被利用，系統(tǒng)會認(rèn)為它是垃圾叁怪，會自動銷毀并回收資源审葬，下次利用時又將重新實例化，這將導(dǎo)致對象狀態(tài)的丟失奕谭。

2. 單例實現(xiàn)

??常見的單例實現(xiàn)方式有五種：餓漢式涣觉、懶漢式、雙重檢測鎖式血柳、靜態(tài)內(nèi)部類式和枚舉單例官册，根據(jù)不同的業(yè)務(wù)場景選用不同的單例實現(xiàn)方式。

2.1 餓漢式

??線程安全,調(diào)用效率高,但是不能延遲加載难捌。

public class Singleton1 {
    // 私有構(gòu)造膝宁，不可用于對象創(chuàng)建
    private Singleton1() {}

    // 靜態(tài)對象即類對象，全局唯一根吁，類加載時即進(jìn)行初始化员淫，保證單一
    private static Singleton1 single = new Singleton1();

    // 靜態(tài)工廠方法
    public static Singleton1 getInstance() {
        return single;
    }
}

??餓漢式單例在類加載初始化時就創(chuàng)建好一個靜態(tài)的對象供外部使用，除非系統(tǒng)重啟击敌，這個對象不會改變介返，所以本身就是線程安全的。

??Singleton通過將構(gòu)造方法限定為private避免了類在外部被實例化愚争，在同一個虛擬機(jī)范圍內(nèi)，Singleton的唯一實例只能通過getInstance()方法訪問（事實上通過Java反射機(jī)制是能夠?qū)嵗瘶?gòu)造方法為private的類的挤聘，那基本上會使所有的Java單例實現(xiàn)失效）轰枝。

2.2 懶漢式

??非線程安全,調(diào)用效率高,可延遲加載。

public class Singleton2 {
    // 私有構(gòu)造
    private Singleton2() {}
    private static Singleton2 single = null;
    public static Singleton2 getInstance() {
        // 多線程并發(fā)破壞單例的設(shè)計原則组去，不安全
        if(single == null){
            single = new Singleton2();
        }
        return single;
    }
}

??該示例在多線程環(huán)境下會產(chǎn)生多個single對象鞍陨，在下面雙重校驗?zāi)Ｊ接枰愿倪M(jìn)。

2.3 雙重檢測鎖式（double check）

??雙重校驗鎖DCL(double checked locking)

public class Singleton3 {
    // 私有構(gòu)造
    private Singleton3() {}

    private volatile static Singleton3 single = null;

    public static Singleton3 getInstance() {
        
        // 等同于 synchronized public static Singleton3 getInstance()
        synchronized(Singleton3.class){
          // 注意：里面的判斷是一定要加的，否則出現(xiàn)線程安全問題
            if(single == null){
                single = new Singleton3();
            }
        }
        return single;
    }
}

??在方法上加synchronized同步鎖或是用同步代碼塊對類加同步鎖诚撵，此種方式雖然解決了多個實例對象問題缭裆，但是該方式運行效率卻很低下。

??雙重校驗鎖式是線程安全的寿烟。然而澈驼，在jdk1.5之前的版本，許多JVM對于volatile關(guān)鍵字的實現(xiàn)會導(dǎo)致dcl（double check locking）失效筛武。所以缝其，在JDK1.5以前的DCL是不穩(wěn)定的，有時也可能創(chuàng)建多個實例徘六，在1.5以后開始提供volatile關(guān)鍵字修飾變量來達(dá)到穩(wěn)定效果内边。

??volatile對變量single的修飾必不可少，因為volatile保證了原子性和有序性待锈。如果沒有volatile漠其，則single = new Singleton3();的執(zhí)行很可能會被重排序。

禁止指令重排序（有序性）實例化一個對象其實可以分為三個步驟：

• （1）分配內(nèi)存空間竿音。
• （2）初始化對象和屎。
• （3）將內(nèi)存空間的地址賦值給對應(yīng)的引用。

但是由于操作系統(tǒng)可以對指令進(jìn)行重排序谍失，所以上面的過程也可能會變成如下過程：

• （1）分配內(nèi)存空間眶俩。
• （2）將內(nèi)存空間的地址賦值給對應(yīng)的引用。
• （3）初始化對象快鱼。

??如果是這個流程颠印，多線程環(huán)境下就可能將一個未初始化的對象引用暴露出來，從而導(dǎo)致不可預(yù)料的結(jié)果（如題目的描述抹竹，這里就是因為 instance = new Singleton3(); 不是原子操作线罕，編譯器存在指令重排，從而存在線程1 創(chuàng)建實例后（初始化未完成）窃判，線程2 判斷對象不為空（因為已經(jīng)有了地址钞楼，所以判定為非空）后對其操作，但實際對象仍為空（沒有進(jìn)行初始化）袄琳，造成錯誤）询件。因此，為了防止這個過程的重排序唆樊，我們需要將變量設(shè)置為volatile類型的變量宛琅，volatile的禁止重排序保證了操作的有序性。

??Singleton對象的內(nèi)存可見性 這里由于synchronized鎖的是Singleton.class對象逗旁，而不是Singleton對象嘿辟，所以synchronized只能保證Singleton.class對象的內(nèi)存可見性，但并不能保證Singleton對象的內(nèi)存可見性；這里用volatile聲明Singleton红伦，可以保證Singleton對象的內(nèi)存可見性英古。這一點作用也是非常重要的（如題目的描述，避免因為線程1 創(chuàng)建實例后還只存在自己線程的工作內(nèi)存昙读，未更新到主存召调。線程 2 判斷對象為空，創(chuàng)建實例箕戳，從而存在多實例錯誤）某残。

雙重檢查鎖定與延遲初始化

2.4 靜態(tài)內(nèi)部類

??線程安全，調(diào)用效率高陵吸，可以延遲加載玻墅。

public class Singleton5 {
    // 私有構(gòu)造
    private Singleton5() {}

    // 靜態(tài)內(nèi)部類
    private static class InnerObject{
        private static Singleton5 single = new Singleton6();
    }
    
    public static Singleton5 getInstance() {
        return InnerObject.single;
    }
}

??和餓漢式一樣采用的是classLoader機(jī)制，保證了線程安全問題壮虫，但不同的是澳厢，靜態(tài)內(nèi)部類同樣滿足懶加載（當(dāng)調(diào)用getInsstance()方法時，實例才會被創(chuàng)建）囚似，靜態(tài)內(nèi)部類即使Singleton類被加載也不會創(chuàng)建單例對象剩拢，除非調(diào)用里面的getInstance()方法。因為當(dāng)Singleton類被加載時其靜態(tài)內(nèi)部類SingletonHolder沒有被主動使用饶唤。只有當(dāng)調(diào)用getInstance方法時徐伐，才會裝載SingletonHolder類,從而實例化單例對象。

2.5 枚舉單例

??線程安全募狂，調(diào)用效率高办素，不能延遲加載，可以天然的防止反射和反序列化調(diào)用祸穷。單例的枚舉實現(xiàn)在《Effective Java》中有提到性穿，因為其功能完整、使用簡潔雷滚、無償?shù)靥峁┝诵蛄谢瘷C(jī)制需曾、在面對復(fù)雜的序列化或者反射攻擊時仍然可以絕對防止多次實例化等優(yōu)點，單元素的枚舉類型被作者認(rèn)為是實現(xiàn)Singleton的最佳方法祈远。

??不可能出現(xiàn)序列化呆万、反射產(chǎn)生對象的漏洞，但是不能做到延遲加載车份，默認(rèn)的枚舉實例的創(chuàng)建是線程安全的谋减。

枚舉單例模式,有三個好處:

• 1.實例的創(chuàng)建線程安全，確保單例
• 2.防止被反射創(chuàng)建多個實例
• 3.沒有序列化的問題

枚舉類：

public enum DataSourceEnum {
    DATASOURCE;
    private DBConnection connection = null;
    private DataSourceEnum() {
        connection = new DBConnection();
    }
    public DBConnection getConnection() {
        return connection;
    }
}  

客戶端調(diào)用示例：

 public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        DBConnection con1 = DataSourceEnum.DATASOURCE.getConnection();
        DBConnection con2 = DataSourceEnum.DATASOURCE.getConnection();
        System.out.println(con1 == con2);
    }
}

返回true

把上面枚舉編譯后的字節(jié)碼反編譯躬充，得到的代碼如下：

public final class DataSourceEnum extends Enum<DataSourceEnum> {
      public static final DataSourceEnum DATASOURCE;
      public static DataSourceEnum[] values();
      public static DataSourceEnum valueOf(String s);
      static {};
}

線程安全問題：

• DATASOURCE 被聲明為 static 的逃顶，由類加載過程，可以知道虛擬機(jī)會保證一個類的<clinit>() 方法在多線程環(huán)境中被正確的加鎖充甚、同步以政。所以，枚舉實現(xiàn)是在實例化時是線程安全伴找。

序列化問題：

• Java規(guī)范中規(guī)定盈蛮，每一個枚舉類型極其定義的枚舉變量在JVM中都是唯一的，因此在枚舉類型的序列化和反序列化上技矮，Java做了特殊的規(guī)定抖誉。
• 在序列化的時候Java僅僅是將枚舉對象的name屬性輸出到結(jié)果中，反序列化的時候則是通過 java.lang.Enum 的 valueOf() 方法來根據(jù)名字查找枚舉對象衰倦。
• 也就是說袒炉，以下面枚舉為例，序列化的時候只將 DATASOURCE 這個名稱輸出樊零，反序列化的時候再通過這個名稱我磁，查找對于的枚舉類型，因此反序列化后的實例也會和之前被序列化的對象實例相同驻襟。

2.6 破壞單例模式的方法及解決辦法

1夺艰、除枚舉方式外,其他方法都會通過反射的方式破壞單例,反射是通過調(diào)用構(gòu)造方法生成新的對象，所以如果我們想要阻止單例破壞沉衣，可以在構(gòu)造方法中進(jìn)行判斷郁副，若已有實例,則阻止生成新的實例，解決辦法如下

    private SingletonObject1() {
        if (instance != null) {
            throw new RuntimeException("\"實例已經(jīng)存在豌习，請通過 getInstance()方法獲取\"");
        }
    }

2存谎、如果單例類實現(xiàn)了序列化接口Serializable,就可以通過反序列化破壞單例，所以我們可以不實現(xiàn)序列化接口,如果非得實現(xiàn)序列化接口斑鸦，可以重寫反序列化方法readResolve(),反序列化時直接返回相關(guān)單例對象愕贡。

    public Object readResolve() throws ObjectStreamException {
        return instance;
    }

參考：

• 枚舉實現(xiàn)單例原理
• 【白話設(shè)計模式四】單例模式(Singleton)
• 深度分析 Java 的枚舉類型：枚舉的線程安全性及序列化問題
• 餓漢式與類加載
• 為什么用枚舉類來實現(xiàn)單例模式越來越流行