單例模式是在一個應(yīng)用(Application)中某個類(Class)有且僅有一個實例(Instance)存在。
相當(dāng)于一個全局對象弓熏，方便對整個系統(tǒng)的行為進行協(xié)調(diào)恋谭，比如服務(wù)器的配置信息由一個單例對象保存。
單例模式又可細分為 懶漢方式(lazy-initialization)和餓漢方式挽鞠，懶漢方式是只有需要的時候才會去創(chuàng)建疚颊，餓漢方式則是在Application初始化或者.class類文件加載階段直接創(chuàng)建。
餓漢模式（不存在線程不安全的問題）：
public class Singleton {
private final static Singleton INSTANCE = new Singleton();
// Private constructor suppresses
private Singleton() {}
// default public constructor
public final static Singleton getInstance() {
return INSTANCE;
}
}
final static的INSTANCE只有在Singleton的成員變量或者函數(shù)(非final static literal成員變量)第一次被使用的時候才會觸發(fā)實例化信认。在Singleton類加載到JVM的時候INSTANCE被放到JVM方法區(qū)常量池中材义，其值new Singleton()則只是存了Singleton類以及constructor方法的符號引用，實例化被JVM推遲嫁赏。
一般的懶漢模式（非線程安全）：
public class Singleton {
private static Singleton INSTANCE = null;
private Singleton() {}
public static Singleton getInstance() {
if(INSTANCE == null){ INSTANCE = new Singleton(); }
}
return INSTANCE;
}
試想在單核模式下當(dāng)兩個線程t1和t2一同訪問getInstance()函數(shù)母截，t1先檢查INSTANCE是否是null之后被掛起，t2檢查INSTANCE是null之后創(chuàng)建Singleton的instance并掛起橄教，t1被喚醒再次創(chuàng)建Singleton的instance清寇，造成了數(shù)據(jù)的覆蓋。
一般的懶漢模式（線程安全）：
public class Singleton {
private static Singleton INSTANCE = null;
private Singleton() {}
public static synchronized Singleton getInstance() {
if(INSTANCE == null){ INSTANCE = new Singleton(); }
}
return INSTANCE;
}
直接給getInstance()Class級別函數(shù)加互斥鎖护蝶，每個訪問該函數(shù)的線程都得先拿到該Class的monitor鎖华烟。但是這樣過多的加鎖解鎖消耗資源不夠efficiency。
Double Check的懶漢模式（線程安全）：
public class Singleton {
private static volatile Singleton INSTANCE = null;
// Private constructor suppresses
private Singleton() {}
//thread safe and performance promote
public static Singleton getInstance() {
if(INSTANCE == null){
synchronized(Singleton.class){
if(INSTANCE == null){
INSTANCE = new Singleton();
}
}
}
return INSTANCE;
}
}
相比前一個實現(xiàn)持灰，每次getInstance都先檢查是否是null盔夜，如果不是null則不執(zhí)行加鎖解鎖的操作，所以更高效堤魁。
volatile關(guān)鍵字的作用是使變量內(nèi)存可見(visible to memory）喂链，防止代碼重排序(確保happens-before原則)。
synchronized關(guān)鍵字則會為Singleton.class加monitor鎖妥泉，每個調(diào)用該段代碼的Thread必須先拿到Singleton.class的monitor鎖才能執(zhí)行該段代碼椭微，而同一時間只能有一個Thread持有該monitor鎖。
靜態(tài)內(nèi)部類的實現(xiàn)：
public final class Singleton{
public static class SingletonHandler{
private final static Singleton INSTANCE=new Singleton();
}
public final static Singleton getInstanc(){
return SingletonHandler.INSTANCE;
}
}
內(nèi)部類StingletonHandler在編譯之后會生成一個單獨的.class文件：Singleton$SingletonHandler.class盲链。Singleton.class被加載方法區(qū)之后保留的只是SingletonHandler和SingletonHandler.INSTANCE的qualified name(全限定名的符號引用symbolic reference)蝇率，只有在調(diào)用getInstance方法時JVM才會通過classloader將Singleton$SingletonHandler.class加載到方法區(qū)迟杂，在heap區(qū)創(chuàng)建Singleton的實例，并將符號引用(symbolic reference)轉(zhuǎn)換為直接引用(direct reference)本慕。
以上加載過程都是線程安全的排拷，所以該實現(xiàn)高效&自動線程安全。
使用場景：當(dāng)Singleton這個類有提供其他很多static的函數(shù)的話锅尘，通過SingletonHandler可以實現(xiàn)懶加載(僅在需要用到這個instance的時候才去加載內(nèi)部類并創(chuàng)建Singleton的instance)监氢。
Enum實現(xiàn)：
public Enum Singleton{
INSTANCE;
//functions to add
}
Decompile之后的代碼是:
public final class Singleton extends Enum
{
private Singleton(String s, int i)
{
super(s, i);
}
public static Singleton[] values()
{
Singleton asingleton[];
int i;
Singleton asingleton1[];
System.arraycopy(asingleton = ENUM$VALUES, 0, asingleton1 = new Singleton[i = asingleton.length], 0, i);
return asingleton1;
}
public static Singleton valueOf(String s)
{
return (Singleton)Enum.valueOf(structure/proxy/Singleton, s);
}
public static final Singleton INSTANCE;
private static final Singleton ENUM$VALUES[];
static
{
INSTANCE = new Singleton("INSTANCE", 0);
ENUM$VALUES = (new Singleton[] {
INSTANCE
});
}
}
和餓漢模式很像，相比而言優(yōu)點是寫法更簡單藤违，而且自動提供了Serialisable序列化(其他單例實現(xiàn)的序列化則需手動implements Serialisable接口實現(xiàn)序列化)忙菠。
關(guān)于JVM類加載流程在這里先簡單寫一下：
- loading -> 找.class文件(TYPE)并加載入JVM
- linking -> 分三部分
2.1. verification -> 檢查引入TYPE文件正確性
2.2. preparation -> 給class變量分配內(nèi)存(在方法區(qū))并賦值default value:(boolean:false, int:0, reference:null)
2.3. resolution -> 將symbolic reference轉(zhuǎn)為direct reference (通常延后觸發(fā)) - initialization -> 觸發(fā)代碼提供的賦值語句(通常延后觸發(fā))
歡迎批評指正，謝謝纺弊！
Reference
https://zh.wikipedia.org/wiki/單例模式
https://stackoverflow.com/questions/70689/what-is-an-efficient-way-to-implement-a-singleton-pattern-in-java
https://stackoverflow.com/questions/16771373/singleton-via-enum-way-is-lazy-initialized
