首先什么是單例在跳？就一條基本原則拧篮，單例對(duì)象的類只會(huì)被初始化一次。在 Java 中螺垢，我們可以說(shuō)在 JVM 中只存在該類的唯一一個(gè)對(duì)象實(shí)例喧务。而要實(shí)現(xiàn)一個(gè)安全的單例對(duì)象，需要考慮一下幾個(gè)問(wèn)題：

• 你的單例線程安全嗎?

• 你的單例反射安全嗎枉圃？

• 你的單例序列化安全嗎功茴？

一、單例的一般實(shí)現(xiàn)
1孽亲、餓漢式

public class HungrySingleton {

    private static final HungrySingleton mInstance = new HungrySingleton();

    private HungrySingleton() {
    }

    public static HungrySingleton getInstance() {
        return mInstance;
    }
}

私有構(gòu)造器是單例的一般套路坎穿，保證不能在外部新建對(duì)象。餓漢式在類加載時(shí)期就已經(jīng)初始化實(shí)例墨林，由于類加載過(guò)程是線程安全的赁酝，所以餓漢式默認(rèn)也是線程安全的。它的缺點(diǎn)也很明顯旭等，我真正需要單例對(duì)象的時(shí)機(jī)是我調(diào)用 getInstance() 的時(shí)候酌呆，而不是類加載時(shí)期。如果單例對(duì)象是很耗資源的搔耕，如數(shù)據(jù)庫(kù)隙袁，socket 等等，無(wú)疑是不合適的弃榨。于是就有了懶漢式菩收。

2、懶漢式

public class LazySingleton {

    private static LazySingleton mInstance;

    private LazySingleton() {
    }

    public static synchronized LazySingleton getInstance() {
        if (mInstance == null)
            mInstance = new LazySingleton();
        return mInstance;
    }
}

實(shí)例化的時(shí)機(jī)挪到了 getInstance() 方法中鲸睛，做到了 lazy init 娜饵，但也失去了類加載時(shí)期初始化的線程安全保障。因此使用了 synchronized 關(guān)鍵字來(lái)保障線程安全官辈。但這顯然是一個(gè)無(wú)差別攻擊箱舞，管你要不要同步遍坟，管你是不是多線程，一律給我加鎖晴股。這也帶來(lái)了額外的性能消耗愿伴。這點(diǎn)問(wèn)題肯定難不倒程序員們，于是电湘，雙重檢查鎖定(DCL, Double Check Lock) 應(yīng)運(yùn)而生隔节。

3、DCL

public class DCLSingleton {
    private static DCLSingleton mInstance;
    private DCLSingleton() {
    }
    public static DCLSingleton getInstance() {
        if (mInstance == null) {                    // 1
            synchronized (DCLSingleton.class) {     // 2
                if (mInstance == null)              // 3
                    mInstance = new DCLSingleton(); // 4
            }
        }
        return mInstance;
    }
}

1 處做第一次判斷寂呛，如果已經(jīng)實(shí)例化了怎诫，直接返回對(duì)象，避免無(wú)用的同步消耗昧谊。2 處僅對(duì)實(shí)例化過(guò)程做同步操作刽虹，保證單例。3 處做第二次判斷呢诬，只有 mInstance 為空時(shí)再初始化∨昼停看起來(lái)時(shí)多么的完美尚镰，保證線程安全的同時(shí)又兼顧性能。但是 DCL 存在一個(gè)致命缺陷哪廓，就是重排序?qū)е碌亩嗑€程訪問(wèn)可能獲得一個(gè)未初始化的對(duì)象狗唉。

首先記住上面標(biāo)記的 4 行代碼。其中第 4 行代碼 mInstance = new DCLSingleton(); 在 JVM 看來(lái)有這么幾步：

1. 為對(duì)象分配內(nèi)存空間
2. 初始化對(duì)象
3. 將 mInstance 引用指向第 1 步中分配的內(nèi)存地址

在單線程內(nèi)涡真，在不影響執(zhí)行結(jié)果的前提下分俯，可能存在指令重排序。例如下列代碼：
int a = 1;
int b = 2;
在 JVM 中你是無(wú)法確保這兩行代碼誰(shuí)先執(zhí)行的哆料，因?yàn)檎l(shuí)先執(zhí)行都不影響程序運(yùn)行結(jié)果缸剪。同理，創(chuàng)建實(shí)例對(duì)象的三部中东亦，第 2 步 初始化對(duì)象 和 第 3 步 將 mInstance 引用指向?qū)ο蟮膬?nèi)存地址 之間也是可能存在重排序的杏节。

為對(duì)象分配內(nèi)存空間
將 mInstance 引用指向第 1 步中分配的內(nèi)存地址
初始化對(duì)象

這樣的話，就存在這樣一種可能典阵。線程 A 按上面重排序之后的指令執(zhí)行奋渔，當(dāng)執(zhí)行到第 2 行 將 mInstance 引用指向?qū)ο蟮膬?nèi)存地址 時(shí)，線程 B 開(kāi)始執(zhí)行了壮啊，此時(shí)線程 A 已為 mInstance 賦值嫉鲸，線程 B 進(jìn)行 DCL 的第一次判斷 if (mInstance == null) ,結(jié)果為 false，直接返回 mInstance 指向的對(duì)象歹啼，但是由于重排序的緣故玄渗，對(duì)象其實(shí)尚未初始化减江，這樣就出問(wèn)題了。還挺繞口的捻爷，借用 《Java 并發(fā)編程藝術(shù)》 中的一張表格辈灼，會(huì)對(duì)執(zhí)行流程更加清晰。

說(shuō)了半天，該怎么改甜紫？其實(shí)很簡(jiǎn)單降宅，禁止多線程下的重排序就可以了，只需要用 volatile 關(guān)鍵字修飾 mInstance 囚霸。在 JDK 1.5 中腰根，增強(qiáng)了 volatile 的內(nèi)存語(yǔ)義，對(duì)一個(gè)volatile 域的寫拓型，happens-before 于任意后續(xù)對(duì)這個(gè) volatile 域的讀额嘿。volatile 會(huì)禁止一些處理器重排序，此時(shí) DCL 就做到了真正的線程安全劣挫。

4册养、靜態(tài)內(nèi)部類模式

public class StaticInnerSingleton {

    private StaticInnerSingleton(){}

    private static class SingletonHolder{
        private static final StaticInnerSingleton mInstance=new StaticInnerSingleton();
    }

    public static StaticInnerSingleton getInstance(){
        return SingletonHolder.mInstance;
    }
}

鑒于 DCL 繁瑣的代碼，程序員又發(fā)明了靜態(tài)內(nèi)部類模式压固，它和餓漢式一樣基于類加載時(shí)器的線程安全球拦，但是又做到了延遲加載。SingletonHolder 是一個(gè)靜態(tài)內(nèi)部類帐我，當(dāng)外部類被加載的時(shí)候并不會(huì)初始化坎炼。當(dāng)調(diào)用 getInstance() 方法時(shí)，才會(huì)被加載拦键。

枚舉單例暫且不提谣光，放在最后再說(shuō)。先對(duì)上面的單例模式做個(gè)檢測(cè)矿咕。

二抢肛、真的是單例？
還記得開(kāi)頭的提問(wèn)嗎碳柱？
你的單例線程安全嗎?
你的單例反射安全嗎捡絮？
你的單例序列化安全嗎？

上面大篇幅的論述都在說(shuō)明線程安全莲镣。下面看看反射安全和序列化安全福稳。

1、反射安全
直接上代碼瑞侮，我用 DCL 來(lái)做測(cè)試：

public static void main(String[] args) {
    DCLSingleton singleton1 = DCLSingleton.getInstance();
    DCLSingleton singleton2 = null;

    try {
        Class<DCLSingleton> clazz = DCLSingleton.class;
        Constructor<DCLSingleton> constructor = clazz.getDeclaredConstructor();
        constructor.setAccessible(true);
        singleton2 = constructor.newInstance();
    } catch (Exception e) {
        e.printStackTrace();
    }
    System.out.println(singleton1.hashCode());
    System.out.println(singleton2.hashCode());
}

執(zhí)行結(jié)果：
1627674070
1360875712
很無(wú)情的圆，通過(guò)反射破壞了單例鼓拧。如何保證反射安全呢？只能以暴制暴越妈，當(dāng)已經(jīng)存在實(shí)例的時(shí)候再去調(diào)用構(gòu)造函數(shù)直接拋出異常季俩，對(duì)構(gòu)造函數(shù)做如下修改：

private DCLSingleton() {
    if (mInstance!=null)
        throw new RuntimeException("想反射我，沒(méi)門梅掠！");
}

上面的測(cè)試代碼會(huì)直接拋出異常酌住。

2、序列化安全
將你的單例類實(shí)現(xiàn) Serializable 持久化保存起來(lái)阎抒，日后再恢復(fù)出來(lái)酪我，他還是單例嗎？

public static void main(String[] args) {

    DCLSingleton singleton1 = DCLSingleton.getInstance();
    DCLSingleton singleton2 = null;

    try {
        ObjectOutput output=new ObjectOutputStream(new FileOutputStream("singleton.ser"));
        output.writeObject(singleton1);
        output.close();

        ObjectInput input=new ObjectInputStream(new FileInputStream("singleton.ser"));
        singleton2= (DCLSingleton) input.readObject();
    } catch (Exception e) {
        e.printStackTrace();
    }
    System.out.println(singleton1.hashCode());
    System.out.println(singleton2.hashCode());

}

執(zhí)行結(jié)果：

644117698
793589513
不堪一擊且叁。反序列化時(shí)生成了新的實(shí)例對(duì)象都哭。要修復(fù)也很簡(jiǎn)單，只需要修改反序列化的邏輯就可以了逞带，即重寫 readResolve() 方法欺矫，使其返回統(tǒng)一實(shí)例。

protected Object readResolve() {
    return getInstance();
}

脆弱不堪的單例模式經(jīng)過(guò)重重考驗(yàn)掰担，進(jìn)化成了完全體汇陆，延遲加載，線程安全带饱，反射安全，序列化安全阅羹。全部代碼如下：

public class DCLSingleton implements Serializable {

    private static DCLSingleton mInstance;

    private DCLSingleton() {
        if (mInstance!=null)
            throw new RuntimeException("想反射我勺疼，沒(méi)門！");
    }

    public static DCLSingleton getInstance() {
        if (mInstance == null) {
            synchronized (DCLSingleton.class) {
                if (mInstance == null)
                    mInstance = new DCLSingleton();
            }
        }
        return mInstance;
    }

    protected Object readResolve() {
        return getInstance();
    }
}

三捏鱼、枚舉單例
在介紹利用枚舉實(shí)現(xiàn)單例模式的原理执庐，先介紹一些相關(guān)的基礎(chǔ)內(nèi)容。
首先导梆，枚舉類似類轨淌，一個(gè)枚舉可以擁有成員變量，成員方法看尼，構(gòu)造方法递鹉。先來(lái)看枚舉最基本的用法：

enum Type{
    A,B,C,D;
}

創(chuàng)建enum時(shí)，編譯器會(huì)自動(dòng)為我們生成一個(gè)繼承自java.lang.Enum的類藏斩，我們上面的enum可以簡(jiǎn)單看作：

class Type extends Enum{
    public static final Type A;
    public static final Type B;
    ...
}

對(duì)于上面的例子躏结，我們可以把Type看作一個(gè)類，而把A狰域，B媳拴，C黄橘，D看作類的Type的實(shí)例。
當(dāng)然屈溉，這個(gè)構(gòu)建實(shí)例的過(guò)程不是我們做的塞关，一個(gè)enum的構(gòu)造方法限制是private的，也就是不允許我們調(diào)用子巾。

“類”方法和“實(shí)例”方法

上面說(shuō)到帆赢，我們可以把Type看作一個(gè)類，而把A砰左，B匿醒。。缠导×幔看作Type的一個(gè)實(shí)例。同樣僻造，在enum中憋他，我們可以定義類和實(shí)例的變量以及方法∷柘鳎看下面的代碼：

enum Type{
    A,B,C,D;
    static int value;
    public static int getValue() {
        return value;
    }
    String type;
    public String getType() {
        return type;
    }
}

在原有的基礎(chǔ)上竹挡，添加了類方法和實(shí)例方法。我們把Type看做一個(gè)類立膛，那么enum中靜態(tài)的域和方法揪罕，都可以視作類方法。和我們調(diào)用普通的靜態(tài)方法一樣宝泵，這里調(diào)用類方法也是通過(guò) Type.getValue()即可調(diào)用好啰，訪問(wèn)類屬性也是通過(guò)Type.value即可訪問(wèn)。
下面的是實(shí)例方法儿奶，也就是每個(gè)實(shí)例才能調(diào)用的方法框往。那么實(shí)例是什么呢？沒(méi)錯(cuò)闯捎，就是A椰弊，B，C瓤鼻，D秉版。所以我們調(diào)用實(shí)例方法，也就通過(guò) Type.A.getType()來(lái)調(diào)用就可以了娱仔。
最后沐飘，對(duì)于某個(gè)實(shí)例而言，還可以實(shí)現(xiàn)自己的實(shí)例方法。再看下下面的代碼：

enum Type{
A{
    public String getType() {
        return "I will not tell you";
    }
},B,C,D;
static int value;

public static int getValue() {
    return value;
}

String type;
public String getType() {
    return type;
 }
}

這里耐朴，A實(shí)例后面的{…}就是屬于A的實(shí)例方法借卧，可以通過(guò)覆蓋原本的方法，實(shí)現(xiàn)屬于自己的定制筛峭。
除此之外铐刘，我們還可以添加抽象方法在enum中，強(qiáng)制ABCD都實(shí)現(xiàn)各自的處理邏輯:

enum Type{
    A{
        public String getType() {
            return "A";
        }
    },B {
        @Override
        public String getType() {
            return "B";
        }
    },C {
        @Override
        public String getType() {
            return "C";
        }
    },D {
        @Override
        public String getType() {
            return "D";
        }
    };

    public abstract String getType();
}

枚舉單例

有了上面的基礎(chǔ)影晓，我們可以來(lái)看一下枚舉單例的實(shí)現(xiàn)方法：

public enum SomeThing {
    INSTANCE;
   public String get(){     return "SomeThing";} 
} 
main(){
    SomeThing something = SomeThing.INSTANCE;
    someThing.get(); 
}

上面的類Resource是我們要應(yīng)用單例模式的資源镰吵，具體可以表現(xiàn)為網(wǎng)絡(luò)連接，數(shù)據(jù)庫(kù)連接挂签，線程池等等疤祭。
獲取資源的方式很簡(jiǎn)單，只要 SomeThing.INSTANCE.getInstance() 即可獲得所要實(shí)例饵婆。下面我們來(lái)看看單例是如何被保證的：
首先勺馆，在枚舉中我們明確了構(gòu)造方法限制為私有，在我們?cè)L問(wèn)枚舉實(shí)例時(shí)會(huì)執(zhí)行構(gòu)造方法侨核，同時(shí)每個(gè)枚舉實(shí)例都是static final類型的草穆，也就表明只能被實(shí)例化一次。在調(diào)用構(gòu)造方法時(shí)搓译，我們的單例被實(shí)例化悲柱。
也就是說(shuō)，因?yàn)閑num中的實(shí)例被保證只會(huì)被實(shí)例化一次些己，所以我們的INSTANCE也被保證實(shí)例化一次豌鸡。
可以看到，枚舉實(shí)現(xiàn)單例還是比較簡(jiǎn)單的段标，除此之外我們?cè)賮?lái)看一下Enum這個(gè)類的聲明：

public abstract class Enum<E extends Enum<E>>
        implements Comparable<E>, Serializable

可以看到直颅，枚舉也提供了序列化機(jī)制。某些情況怀樟，比如我們要通過(guò)網(wǎng)絡(luò)傳輸一個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)連接的句柄，會(huì)提供很多幫助盆佣。