java23种设计模式之一: 单例模式（Singleton Pattern）
单例模式(Singleton Pattern)是设计模式中比较常用的一种，下面来总结单例模式的知识，包括：
1、理解什么是单例模式、单例模式有什么优点/缺点、单例模式的应用场景；
2、再来看看Java单例模式的6种代码实现方式、每种实现方式有什么需要注意的；
3、后面再来了解Java单例模式其他值得关注的地方，如比较静态方法、以及Java反射、反序列化、垃圾回收的影响等。
1、什么是单例模式
1-1、模式理解
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。
UML结构图：
模式角色：
一个类使用了单例模式，称该类为单例类，如图中的Singleton。
单例模式三要点：
（1）、单例类只能有一个实例
这是最基本的，真正做到整个系统中唯一并不容易，通常还要考虑反射破坏、序列化/反序列化、对象垃圾回收等问题。
（2）、单例类必须自己创建自己的唯一实例
通常给实例构造函数protected或private权限。
（3）、单例类必须给所有其他对象提供这一实例
通常定义静态方法getInstance()返回。
1-2、特点
优点：
（1）、提供了对唯一实例的受控访问，避免对资源的多重占用。
（2）、在内存里只有一个实例，减少了内存的开销，尤其是频繁的创建和销毁实例。
（3）、缩小名空间，避免全局变量污染空间，但比类操作更灵活。
缺点：
（1）、由于单例模式中没有抽象层，因此单例类的扩展有很大的困难。
（2）、 单例类的职责过重，在一定程度上违背了"单一职责原则"。
因为单例类既充当了工厂角色，提供了工厂方法，同时又充当了产品角色，包含一些业务方法，将产品的创建和产品的本身的功能融合到一起。 所以也不应过多使用单例模式。
1-3、应用
单例模式是一种对象创建型模式，用来编写一个类，在整个应用系统中只能有该类的一个实例对象。
常见应用场景：
线程池、缓存、日志、配置文件、打印机/显卡等硬件设备的驱动程序对象等等。
JDK中的一些应用：
java.lang.Runtime#getRuntime()
java.text.NumberFormat#getInstance()
java.awt.GraphicsEnvironment#getLocalGraphicsEnvironment()
2、单例模式实现示例
2-1 饿汉式：类初始化时直接创建对象，不存在线程安全问题
2-1-1、饿汉式（简洁直观）
Lazy 初始化：否；
多线程安全：是；
描述：
这种方式比较常用，它基于JVM的类加载器机制避免了多线程的同步问题，对象在类装载时就实例化，所以称为饿汉式。
优点：没有加锁，执行效率会提高。
缺点：没有Lazy初始化，可能有时候不需要使用，浪费内存。
代码实例：
public class Singleton { private static Singleton instance = new Singleton(); private Singleton (){} public static Singleton getInstance() { return instance; }
2-1-2、枚举（最简洁）
Lazy 初始化：否；
多线程安全：是；
描述：
从Java1.5开始支持enum特性；无偿提供序列化机制，绝对防止多次实例化，即使在面对复杂的序列化或者反射攻击的时候。不过，用这种方式写不免让人感觉生疏，这种实现方式还没有被广泛采用，但这是实现单例模式的最佳方法。
代码实例
public enum Singleton {
//定义一个枚举的元素，就代表Singleton实例
INSTANCE;
/*
**假如还定义有下面的方法，调用：Singleton.INSTANCE.doSomethingMethod();
*/
public void doSomethingMethod() {
}
2-1-3、静态代码块饿汉式（适合复杂实例化）
Lazy 初始化：否；
多线程安全：是；
public class Singleton3 { private static Singleton3 instance; static { instance = new Singleton3(); } private Singleton3(){} private Singleton3 getInstance(){ return instance; }
2-2、懒汉式：延迟创建对象
2-2-1、懒汉式(线程不安全，适用单线程)
Lazy 初始化：是；
多线程安全：否；
描述：
能够在getInstance()时再创建对象，所以称为懒汉式。这种实现最大的问题就是不支持多线程。因为没有加锁同步。
代码实例：
public class Singleton { private static Singleton instance; private Singleton (){} public static Singleton getInstance() { if (instance == null) { instance = new Singleton(); } return instance; }
2-2-2、同步方法的懒汉式（同步方法效率低，不推荐）
Lazy 初始化：是
多线程安全：是
描述：
除第一次使用，后面getInstance()不需要同步；每次同步，效率很低。
代码实例：
public class Singleton { private static Singleton instance; private Singleton (){} public static synchronized Singleton getInstance() { if (instance == null) { instance = new Singleton(); } return instance; }
2-2-3、双重校验锁（线程安全，可用，适用于多线程）
Lazy 初始化：是；
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。
实例变量需要加volatile 关键字保证易变可见性，JDK1.5起才可用。
代码实例：
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; }
2-2-4、静态内部类（推荐）
Lazy 初始化：是；
多线程安全：是；
描述：
同样利用了JVM类加载机制来保证初始化实例对象时只有一个线程，静态内部类SingletonHolder 类只有第一次调用 getInstance 方法时，才会装载从而实例化对象。
静态内部类不会自动随着外部类的加载和初始化而初始化，它是单独加载和初始化的
代码实例：
public class Singleton { private static class SingletonHolder { private static final Singleton INSTANCE = new Singleton(); } private Singleton (){} public static final Singleton getInstance() { return SingletonHolder.INSTANCE; }
2-3、小结
以上几种单例实现方式，不是线程安全的不能用，至于是否需要延时加载，看情况而定。
一般情况下，使用最基本、最简单的第一种饿汉式就行了（JDK中有不少使用该种方式），需要延时加载的使用静态内部类方式，需要高安全性的可以使用枚举方式。
