Java单例模式

确保每个类只有一个实例，而且自行实例化并向整个系统提供这个实例。单例模式避免了状态不一致的情况。

特点：

·单例类只有一个实例；

·单例类自己创建那个唯一的实例；

·单例类为整个系统的其他对象提供这一实例。

单例模式保证了全局对象的唯一性。例如配置类等。

单例的四大原则：

·构造私有；

·以静态方法或者枚举方法返回实例；

·确保只有一个实例，尤其是多线程环境；

·确保反序列化不会构建对象。

实现实例化的方法有：

饿汉式（立即加载）

public class Singleton {
    private Singleton() {
        System.out.println("构造函数Singleton");
    }
    private static Singleton single = new Singleton();
    
    public static Singleton getInstance() {
        System.out.println("getInstance");
        return single;
    }
}

懒汉式（延迟加载）

public class Singleton {
    private Singleton() {
        System.out.println("构造函数Singleton");
    }
    private static Singleton single=null;
    public static Singleton getInstance() {
        System.out.println("getInstance");
        if(single==null){
            single = new Singleton();
        }
        return single;
    }
}

同步锁（解决多线程问题）

public class Singleton {
    private Singleton() {
        System.out.println("构造函数Singleton");
    }
    private static Singleton single=null;
    public synchronized static Singleton getInstance() {
        System.out.println("getInstance");
        if(single==null){
            single = new Singleton();
        }
        return single;
    }
}

双重检查锁（解决多线程下使用同步锁的性能问题）

为了禁止指令重排序，保证对象在“引用被赋值”之前“已经完全初始化”，实例变量要使用volatile修饰。

在JVM中，执行 single = new Singleton() 这行代码，在字节码层面并不是原子操作，而是分为三个步骤：

1. 分配内存：在堆中开辟一块内存空间（此时内存中全是默认值，比如 int=0，引用=null）。

2. 初始化对象：调用构造器，将内存中的值填充为真正的初始值（比如 int=5，引用指向具体对象）。

3. 建立关联（赋值）：将堆内存的地址赋值给栈中的 single 引用变量。

不使用volatile修饰可能会导致步骤2未执行，步骤3已经执行，其他线程会判断single 不为null而直接使用，但是single并未初始化而导致空指针异常。

public class Singleton {
    private Singleton() {
        System.out.println("构造函数Singleton");
    }
    private volatile static Singleton single=null;

    public  static Singleton getInstance() {
        System.out.println("getInstance");
        if(single==null){
            synchronized (Singleton.class) {
                if(single==null) {
                    single = new Singleton();
                }
            }
        }
        return single;
    }
}

内部静态类（懒汉式，延迟加载，线程安全，但是不能解决反序列化下重新构建实例的问题）

原理：延迟加载和JVM类加载锁（线程安全）

唯一的实例化时机：Java类加载的“初始化阶段”是由JVM底层加锁进行的。当外部类Singleton 被加载时，内部静态类InnerObject 不会被加载。只有第一次调用getInstance()方法时才会加载和初始化内部静态类。

线程安全：JVM在类初始化时，会获得初始化锁，因此多个线程同时调用getInstance()方法，内部静态类也只会初始化一次。

虽然构造器是private的，但是可以通过反射强行调用构造器，因此使用反射仍可以创建第二个实例。

 

public class Singleton {
    private Singleton() {
        System.out.println("构造函数Singleton");
    }
    private static class InnerObject {
        private static final Singleton single =new Singleton();
    }
    public  static Singleton getInstance() {
        return InnerObject.single;
    }
}

 

内部枚举类实现（饿汉式，防止反射和序列化攻击）

枚举类enum会继承java.lang.Enum 的 final 类。枚举常量会被编译成静态成员（public static final修饰），在静态代码块中实例化，同样会获得类加载锁，保证了实例的唯一性。

Java反射会有检验，通过反射创建枚举实例时会抛出异常IllegalArgumentException。

枚举的序列化只写入常量的name，反序列化会从缓存哈希表中获取已经存在的单例，不会重新构建。

枚举类已经继承Enum，无法继承其他类。

public class SingletonFactory {
    private enum EnumSingleton {
        Singleton;
        private Singleton singleton;
        private EnumSingleton() {
            singleton = new Singleton();
        }
        public Singleton getInstance() {
            return singleton;
        }
    }
    public static Singleton getInstance(){
        return EnumSingleton.Singleton.getInstance();
    }
}

public class Singleton {
    private Singleton() {
        System.out.println("构造函数Singleton");
    }
}