单例模式

单例模式（Singleton Pattern）是 Java 中最简单的设计模式之一。这种类型的设计模式属于创建型模式，它提供了一种创建对象的最佳方式。

这种模式涉及到一个单一的类，该类负责创建自己的对象，同时确保只有单个对象被创建。这个类提供了一种访问其唯一的对象的方式，可以直接访问，不需要实例化该类的对象。

单例模式（Singleton）：保证一个类仅有一个实例，并提供一个访问它的全局访问点。

 

单例模式（Singleton）结构图

单例模式的几种实现方法

1、懒汉式，线程不安全

是否 （延迟）Lazy 初始化：是

是否多线程安全：否

描述：这种方式是最基本的实现方式，这种实现最大的问题就是不支持多线程。因为没有加锁 synchronized，所以严格意义上它并不算单例模式。
这种方式 lazy loading 很明显，不要求线程安全，在多线程不能正常工作。

public class LazySingleton {
    private static LazySingleton instance;
    private LazySingleton(){ };

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

2、懒汉式，线程安全

是否 Lazy 初始化：是

是否多线程安全：是

实现难度：易

描述：这种方式具备很好的 lazy loading，能够在多线程中很好的工作，但是，效率很低，99% 情况下不需要同步。
优点：第一次调用才初始化，避免内存浪费。
缺点：必须加锁 synchronized 才能保证单例，但加锁会影响效率。
getInstance() 的性能对应用程序不是很关键（该方法使用不太频繁）。

public class syLazySingleton {
    private static syLazySingleton instance;
    private syLazySingleton (){}
    public static synchronized syLazySingleton getInstance() {
        if (instance == null) {
            instance = new syLazySingleton();
        }
        return instance;
    }
}

3、饿汉式

是否 Lazy 初始化：否

是否多线程安全：是

描述：在类加载时就初始化创建单例对象，线程安全，但不管是否使用都创建对象可能会浪费内存。

优点：没有加锁，执行效率会提高。
缺点：类加载时就初始化，浪费内存。
它基于 classloader 机制避免了多线程的同步问题，不过，instance 在类装载时就实例化，虽然导致类装载的原因有很多种，在单例模式中大多数都是调用 getInstance 方法， 但是也不能确定有其他的方式（或者其他的静态方法）导致类装载，这时候初始化 instance 显然没有达到 lazy loading 的效果。

public class HungrySingleton {
    private HungrySingleton() { }

    private static HungrySingleton instance = new HungrySingleton();

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

4、双检锁/双重校验锁（DCL，即 double-checked locking）

JDK 版本：JDK1.5 起

是否 Lazy 初始化：是

是否多线程安全：是

描述：这种方式采用双锁机制，安全且在多线程情况下能保持高性能。

使用 volatile 以及多重检查来减小锁范围，提升效率。getInstance() 的性能对应用程序很关键。

public class DoubleCheckSingleton {
    private volatile static DoubleCheckSingleton instance;
    private DoubleCheckSingleton(){ };

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

5、登记式/静态内部类

是否 Lazy 初始化：是

是否多线程安全：是

描述：这种方式能达到双检锁方式一样的功效，但实现更简单。对静态域使用延迟初始化，应使用这种方式而不是双检锁方式。这种方式只适用于静态域的情况，双检锁方式可在实例域需要延迟初始化时使用。
这种方式同样利用了 classloader 机制来保证初始化 instance 时只有一个线程，它跟第 3 种方式不同的是：第 3 种方式只要 Singleton 类被装载了，那么 instance 就会被实例化（没有达到 lazy loading 效果），而这种方式是 Singleton 类被装载了，instance 不一定被初始化。因为 SingletonHolder 类没有被主动使用，只有通过显式调用 getInstance 方法时，才会显式装载 SingletonHolder 类，从而实例化 instance。想象一下，如果实例化 instance 很消耗资源，所以想让它延迟加载，另外一方面，又不希望在 Singleton 类加载时就实例化，因为不能确保 Singleton 类还可能在其他的地方被主动使用从而被加载，那么这个时候实例化 instance 显然是不合适的。这个时候，这种方式相比第 3 种方式就显得很合理。

public class StaticSingleton {
    private StaticSingleton(){};
    
    public static StaticSingleton getInstance(){
        return StaticClass.instance;
    }

    private static class StaticClass{
        public static final StaticSingleton instance = new StaticSingleton();
    }

}

6、枚举

JDK 版本：JDK1.5 起

是否 Lazy 初始化：否

描述：这是实现单例模式的最佳方法。它更简洁，自动支持序列化机制，绝对防止多次实例化。
这种方式是 Effective Java 作者 Josh Bloch 提倡的方式，它不仅能避免多线程同步问题，而且还自动支持序列化机制，防止反序列化重新创建新的对象，绝对防止多次实例化。
不能通过 reflection attack 来调用私有构造方法。

public enum  EnumSingleton {
    INSTANCE;
}

一般情况下，不建议使用第 1 种和第 2 种懒汉方式，建议使用第 3 种饿汉方式。只有在要明确实现 lazy loading 效果时，才会使用第 5 种静态内部类方式。如果涉及到反序列化创建对象时，可以尝试使用第 6 种枚举方式。如果有其他特殊的需求，可以考虑使用第 4 种双检锁方式。