单例模式

一、单例设计模式介绍

所谓类的单例设计模式，就是采取一定的方法保证在整个的软件系统中，对某个类只能存在一个对象实例，并且该类只提供一个取得其对象实例的方法。
比如Hibernate的SessionFactory，它充当数据存储源的代理，并负责创建Session对象。SessionFactory并不是轻量级的，一般情况下，一个项目通常只需要一个SessionFactory就够，这时就会使用到单例模式。

二、单例设计模式八种方式

（1）饿汉式(静态常量)
（2）饿汉式(静态代码块)
（3）懒汉式(线程不安全)
（4）懒汉式(线程安全，同步方法)
（5）懒汉式(线程安全，同步代码块)（6）双重检查
（7）静态内部类
（8）枚举

三、详细介绍

3.1饿汉式（静态常量）

步骤如下：
（1）构造器私有化
（2）类的内部创建对象
（3）向外暴露一个静态的公共方法。getInstance()
（4）代码实现

//饿汉式 静态变量
class Singleton {
    //构造器私有化
    private Singleton() {
    }

    //本类内部创建对象实例
    private final static Singleton instance = new Singleton();

    //提供一个共有的静态方法，返回实例对象
    public static Singleton getInstance() {
        return instance;
    }
}

优缺点说明：
（1）优点：这种写法比较简单，就是在类装载的时候就完成实例化。避免了线程同步问题。
（2）缺点：在类装载的时候就完成实例化，没有达到Lazy Loading的效果。如果从始至终从未使用过这个实例，则会造成内存的浪费。
（3）这种方式基于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，在单例模式中大多数都是调用getInstance方法，但是导致类装载的原因有很多种，因此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就没有达到lazy loading的效果。
（4）结论：这种单例模式可用，可能造成内存浪费。

3.2饿汉式（静态代码块）

//饿汉式 静态代码块
class Singleton {
    //构造器私有化
    private Singleton() {
    }

    //本类内部创建对象实例
    private final static Singleton instance;

    static {
        //在静态代码块中，创建单例对象
        instance = new Singleton();
    }

    //提供一个共有的静态方法，返回实例对象
    public static Singleton getInstance() {
        return instance;
    }
}

优缺点说明：
（1）这种方式和上面的方式其实类似，只不过将类实例化的过程放在了静态代码块中，也是在类装载的时候，就执行静态代码块中的代码，初始化类的实例。优缺点和上面是一样的。
（2）结论：这种单例模式可用，但是可能造成内存浪费。

3.3懒汉式（线程不安全）

class Singleton {
    private static Singleton instance;

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

优缺点说明：
（1）起到了Lazy Loading的效果，但是只能在单线程下使用。
（2）如果在多线程下，一个线程进入了if(singleton == null)判断语句块，还未来得及往下执行，另一个线程也通过了这个判断语句，这时便会产生多个实例。所以在多线程环境下不可使用这种方式。
（3）结论：在实际开发中，不要使用这种方式。

3.4懒汉式（线程安全，同步方法）

class Singleton {
    private static Singleton instance;

    private Singleton() {
    }

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

优缺点说明：
（1）解决了线程不安全问题。
（2）效率太低了，每个线程再想获得类的实例时候，执行getInstance()方法都要进行同步。而其实这个方法只执行一次实例化代码就够了，后面的想获得该类实例，直接return就行了。方法进行同步效率太低。
（3）结论：在实际开发中，不推荐使用这种方式。

3.5懒汉式（线程安全，同步代码块）

懒汉式（线程安全，同步代码块）应用实例

class Singleton {
    private static Singleton instance;

    private Singleton() {
    }

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

优缺点说明：
（1）这种方式，本意是想对第四种实现方式的改进，因为前面同步方法效率太低，改为同步产生实例化的的代码块。
（2）但是这种同步并不能起到线程同步的作用。跟第3种实现方式遇到的情形一致，假如一个线程进入了if(singleton == null)判断语句块，还未来得及往下执行，另一个线程也通过了这个判断语句，这时便会产生多个实例。
（3）结论：在实际开发中，不能使用这种方式。

3.6双重检查

class Singleton {
    private static volatile Singleton instance;

    private Singleton() {
    }

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

优缺点说明：
（1）Double-Check概念是多线程开发中常使用到的，如代码中所示，我们进行了两次if(singleton == null)检查，这样就可以保证线程安全了。
（2）这样，实例化代码只用执行一次，后面再次访问时，判断if(singleton == null)，直接return实例化对象，也避免反复进行方法同步。
（3）线程安全；延迟加载；效率较高。
（4）结论：在实际开发中，推荐使用这种单例设计模式。

3.7静态内部类

class Singleton {

    private Singleton() {
    }

    private static class SingletonInstance {
        private static final Singleton INSTANCE = new Singleton();
    }

    public static Singleton getInstance() {
        return SingletonInstance.INSTANCE;
    }
}

优缺点说明：
（1）这种方式采用了类装载的机制来保证初始化实例时只有一个线程。
（2）静态内部类方式在Singleton类被装载时并不会立即实例化，而是在需要实例化时，调用getInstance方法，才会装载singletonInstance类，从而完成Singleton的实例化。
（3）类的静态属性只会在第一次加载类的时候初始化，所以在这里，JVM帮助我们保证了线程的安全性，在类进行初始化时，别的线程是无法进入的。
（4）优点：避免了线程不安全，利用静态内部类特点实现延迟加载，效率高。
（5）结论：推荐使用。

3.8枚举

enum Singleton {
    INSTANCE;
}

优缺点说明：
（1）这借助JDK1.5中添加的枚举来实现单例模式。不仅能避免多线程同步问题，而且还能防止反序列化重新创建新的对象。
（2）这种方式是Effective Java作者Josh Bloch提倡的方式.
（3）结论：推荐使用。

四、单例模式在JDK应用的源码分析

在JDK中，java.lang.Runtime就是经典的单例模式。

public class Runtime {
    private static Runtime currentRuntime = new Runtime();
    private Runtime() {}
    public static Runtime getRuntime() {
        return currentRuntime;
    }

五、单例模式注意事项和细节说明

（1）单例模式保证了系统内存中该类只存在一个对象，节省了系统资源，对于一些需要频繁创建销毁的对象，使用单例模式可以提高系统性能。
（2）当想实例化一个单例类的时候，必须要记住使用相应的获取对象的方法，而不是使用new。
（3）单例模式使用的场景：需要频繁的进行创建和销毁的对象、创建对象时耗时过多或耗费资源过多(即：重量级对象)，但又经常用到的对象、工具类对象、频繁访问数据库或文件的对象(比如数据源、session工厂等)。