模式定義
單例模式(Singleton Pattern)：單例模式確保某一個類只有一個實例嫡良，而且自行實例化并向整個系統(tǒng)提供這個實例倡勇，這個類稱為單例類揪罕，它提供全局訪問的方法糙麦。
單例模式的要點有三個：
一是某個類只能有一個實例；
二是它必須自行創(chuàng)建這個實例牌捷；
三是它必須自行向整個系統(tǒng)提供這個實例墙牌。
單例模式是一種對象創(chuàng)建型模式。單例模式又名單件模式或單態(tài)模式暗甥。
模式結(jié)構(gòu)
類圖
時序圖
image.png
步驟 1
創(chuàng)建一個 Singleton 類喜滨。
SingleObject.java
public class SingleObject {
//創(chuàng)建 SingleObject 的一個對象
private static SingleObject instance = new SingleObject();
//讓構(gòu)造函數(shù)為 private，這樣該類就不會被實例化
private SingleObject(){}
//獲取唯一可用的對象
public static SingleObject getInstance(){
return instance;
}
public void showMessage(){
System.out.println("Hello World!");
}
}
步驟 2
從 singleton 類獲取唯一的對象撤防。
SingletonPatternDemo.java
public class SingletonPatternDemo {
public static void main(String[] args) {
//不合法的構(gòu)造函數(shù)
//編譯時錯誤：構(gòu)造函數(shù) SingleObject() 是不可見的
//SingleObject object = new SingleObject();
//獲取唯一可用的對象
SingleObject object = SingleObject.getInstance();
//顯示消息
object.showMessage();
}
}
步驟 3
驗證輸出虽风。
Hello World!
單例模式的幾種實現(xiàn)方式
1、懶漢式寄月，線程不安全
是否 Lazy 初始化：是
是否多線程安全：否
實現(xiàn)難度：易
描述：這種方式是最基本的實現(xiàn)方式辜膝，這種實現(xiàn)最大的問題就是不支持多線程。因為沒有加鎖 synchronized漾肮，所以嚴(yán)格意義上它并不算單例模式厂抖。
這種方式 lazy loading 很明顯，不要求線程安全克懊，在多線程不能正常工作忱辅。
代碼實例：
public class Singleton {
private static Singleton instance;
private Singleton (){}
public static Singleton getInstance() {
if (instance == null) {
instance = new Singleton();
}
return instance;
}
}
接下來介紹的幾種實現(xiàn)方式都支持多線程，但是在性能上有所差異谭溉。
2墙懂、懶漢式，線程安全
是否 Lazy 初始化：是
是否多線程安全：是
實現(xiàn)難度：易
描述：這種方式具備很好的 lazy loading扮念，能夠在多線程中很好的工作损搬，但是，效率很低柜与，99% 情況下不需要同步巧勤。
優(yōu)點：第一次調(diào)用才初始化，避免內(nèi)存浪費旅挤。
缺點：必須加鎖 synchronized 才能保證單例踢关，但加鎖會影響效率伞鲫。
getInstance() 的性能對應(yīng)用程序不是很關(guān)鍵（該方法使用不太頻繁）粘茄。
代碼實例：
public class Singleton {
private static Singleton instance;
private Singleton (){}
public static synchronized Singleton getInstance() {
if (instance == null) {
instance = new Singleton();
}
return instance;
}
}
3、餓漢式
是否 Lazy 初始化：否
是否多線程安全：是
實現(xiàn)難度：易
描述：這種方式比較常用，但容易產(chǎn)生垃圾對象柒瓣。
優(yōu)點：沒有加鎖儒搭，執(zhí)行效率會提高。
缺點：類加載時就初始化芙贫，浪費內(nèi)存搂鲫。
它基于 classloder 機制避免了多線程的同步問題，不過磺平，instance 在類裝載時就實例化魂仍，雖然導(dǎo)致類裝載的原因有很多種，在單例模式中大多數(shù)都是調(diào)用 getInstance 方法拣挪， 但是也不能確定有其他的方式（或者其他的靜態(tài)方法）導(dǎo)致類裝載擦酌，這時候初始化 instance 顯然沒有達到 lazy loading 的效果。
代碼實例：
public class Singleton {
private static Singleton instance = new Singleton();
private Singleton (){}
public static Singleton getInstance() {
return instance;
}
}
4菠劝、雙檢鎖/雙重校驗鎖（DCL赊舶，即 double-checked locking）
JDK 版本：JDK1.5 起
是否 Lazy 初始化：是
是否多線程安全：是
實現(xiàn)難度：較復(fù)雜
描述：這種方式采用雙鎖機制，安全且在多線程情況下能保持高性能赶诊。
getInstance() 的性能對應(yīng)用程序很關(guān)鍵笼平。
代碼實例：
public class Singleton {
private volatile static Singleton singleton;
private Singleton (){}
public static Singleton getSingleton() {
if (singleton == null) {
synchronized (Singleton.class) {
if (singleton == null) {
singleton = new Singleton();
}
}
}
return singleton;
}
}
5、登記式/靜態(tài)內(nèi)部類
是否 Lazy 初始化：是
是否多線程安全：是
實現(xiàn)難度：一般
描述：這種方式能達到雙檢鎖方式一樣的功效舔痪，但實現(xiàn)更簡單寓调。對靜態(tài)域使用延遲初始化，應(yīng)使用這種方式而不是雙檢鎖方式锄码。這種方式只適用于靜態(tài)域的情況捶牢，雙檢鎖方式可在實例域需要延遲初始化時使用。
這種方式同樣利用了 classloder 機制來保證初始化 instance 時只有一個線程巍耗，它跟第 3 種方式不同的是：第 3 種方式只要 Singleton 類被裝載了秋麸，那么 instance 就會被實例化（沒有達到 lazy loading 效果），而這種方式是 Singleton 類被裝載了炬太，instance 不一定被初始化灸蟆。因為 SingletonHolder 類沒有被主動使用，只有顯示通過調(diào)用 getInstance 方法時亲族，才會顯示裝載 SingletonHolder 類炒考，從而實例化 instance。想象一下霎迫，如果實例化 instance 很消耗資源斋枢，所以想讓它延遲加載，另外一方面知给，又不希望在 Singleton 類加載時就實例化瓤帚，因為不能確保 Singleton 類還可能在其他的地方被主動使用從而被加載描姚，那么這個時候?qū)嵗?instance 顯然是不合適的。這個時候戈次，這種方式相比第 3 種方式就顯得很合理轩勘。
代碼實例：
public class Singleton {
private static class SingletonHolder {
private static final Singleton INSTANCE = new Singleton();
}
private Singleton (){}
public static final Singleton getInstance() {
return SingletonHolder.INSTANCE;
}
}
6、枚舉
JDK 版本：JDK1.5 起
是否 Lazy 初始化：否
是否多線程安全：是
實現(xiàn)難度：易
描述：這種實現(xiàn)方式還沒有被廣泛采用怯邪，但這是實現(xiàn)單例模式的最佳方法绊寻。它更簡潔，自動支持序列化機制悬秉，絕對防止多次實例化澄步。
這種方式是 Effective Java 作者 Josh Bloch 提倡的方式，它不僅能避免多線程同步問題和泌，而且還自動支持序列化機制驮俗，防止反序列化重新創(chuàng)建新的對象，絕對防止多次實例化允跑。不過王凑，由于 JDK1.5 之后才加入 enum 特性，用這種方式寫不免讓人感覺生疏聋丝，在實際工作中索烹，也很少用。
不能通過 reflection attack 來調(diào)用私有構(gòu)造方法弱睦。
代碼實例：
public enum Singleton {
INSTANCE;
public void whateverMethod() {
}
}
經(jīng)驗之談：一般情況下百姓，不建議使用第 1 種和第 2 種懶漢方式，建議使用第 3 種餓漢方式况木。只有在要明確實現(xiàn) lazy loading 效果時垒拢，才會使用第 5 種登記方式。如果涉及到反序列化創(chuàng)建對象時火惊，可以嘗試使用第 6 種枚舉方式求类。如果有其他特殊的需求，可以考慮使用第 4 種雙檢鎖方式屹耐。
