单例模式与它的七种java实现方式

定义

单例模式是一个比较简单的模式，其定义如下：
确保某一个类只有一个实例，而且自行实例化，并向整个系统提供这个实力。

优点：

1.由于单例模式在内存中只有一个实例，减少了内存开支，特别是一个对象需要频繁地创建、销毁时，且创建或销毁时性能又无法优化，单例模式的优势就非常明显。
2.由于单例模式只生成一个实例，所以减少了系统的性能开销，当一个对象的产生需要比较多的资源时，如读取配置，产生其他的依赖对象时，则可以通过在应用启动时直接产生一个单例对象，然后用永久驻留内存的方式解决。（在javaEE中采用单例模式时需要注意jvm的垃圾回收机制）
3.单例模式可以避免对资源的多重占用，例如一个写文件的动作，由于只有一个实例存在在内存中，可以避免堆同一个资源文件的同时写操作
4.单例模式可以在系统设置全局的访问点，优化和共享资源访问。例如可以设计及一个类，负责所有数据包的映射处理。

缺点：

1.单例模式一般没有接口，扩展很困难，若要扩展，除了修改代码基本上没有第二种途径可以实现。单例模式为什么不能增加接口呢？因为接口是对单例模式没有任何意义的，特殊情况下单例也可能实现接口或者被继承。
2.单例堆测试是不利的。在并行开发环境中，如果单例模式没有完成，是不能进行测试的。没有接口也不能使用mock方式虚拟一个对象。
3.单例模式与单一职责原则有冲突。一个类应该只实现一个逻辑，而不关心它是否是单例的，是不是单例取决于环境，单例模式把要单例和业务模式融合在一个类中。

单例模式的使用场景：

1.要求生成唯一序列号的环境
2.在整个项目中需要一个共享访问点或共享数据，例如一个web页面上的计数器，可以使用单例模式保持计数器的值，并确保是线程安全的
3.创建一个对象需要消耗的资源过多，如要访问IO和数据库等资源。
4.需要定义大量的静态常量和静态方法的环境，可以采用单例模式。
另外，在Spring中，每个bean默认就是单例的。这样做的优点是，spring容器可以管理这些Bean的生命周期，决定什么时候创建出来，什么时候销毁，销毁的时候要如何处理等等。如果采用非单例模式，则Bean初始化后的滚啊里交由J2EE容器，Spring容器就不再跟踪管理Bean的生命周期了。
注意：所有的单例模式都是使用静态方法进行创建的，所以单例对象在内存中静态共享区中存储。

Java实现单例模式

第一种（懒汉，线程不安全）:

public class SingletonDemo1 {
       	private static SingletonDemo1 instance;
	private SingletonDemo1(){}
		public static SingletonDemo1 getInstance(){
    	if (instance == null) {
        		instance = new SingletonDemo1();
   		 }
   		 return instance;
	}
}

这种写法lazy loading很明显，但是致命的是在多线程不能正常工作。　
第二种（懒汉，线程安全）：

public class SingletonDemo2 {
	private static SingletonDemo2 instance;
	private SingletonDemo2(){}
	public static synchronized SingletonDemo2 getInstance(){
    	if (instance == null) {
        	instance = new SingletonDemo2();
   		 }
    return instance;
 }
}

这种写法在getInstance()方法中加入了synchronized锁。能够在多线程中很好的工作，而且看起来它也具备很好的lazy loading，但是效率很低（因为锁），并且大多数情况下不需要同步。
第三种（饿汉）：

public class SingletonDemo3 {
	private static SingletonDemo3 instance = new SingletonDemo3();
	private SingletonDemo3(){}
	public static SingletonDemo3 getInstance(){
    	return instance;
	}
}

这种方式基于classloder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，这时候初始化instance显然没有达到lazy loading的效果。
第四种（饿汉，变种）：

public class SingletonDemo4 {
	private static SingletonDemo4 instance = null;
	static{
    	instance = new SingletonDemo4();
	}
	private SingletonDemo4(){}
	public static SingletonDemo4 getInstance(){
    return instance;
	}
}

表面上看起来差别挺大，其实更第三种方式差不多，都是在类初始化即实例化instance
第五种（静态内部类）：

public class SingletonDemo5 {
	private static class SingletonHolder{
    private static final SingletonDemo5 instance = new SingletonDemo5();
  }
	private SingletonDemo5(){}
	public static final SingletonDemo5 getInsatance(){
    return SingletonHolder.instance;
}
}

这种方式同样利用了classloder的机制来保证初始化instance时只有一个线程，它跟第三种和第四种方式不同的是（很细微的差别）：第三种和第四种方式是只要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，只有显示通过调用getInstance方法时，才会显示装载SingletonHolder类，从而实例化instance。想象一下，如果实例化instance很消耗资源，我想让他延迟加载，另外一方面，我不希望在Singleton类加载时就实例化，因为我不能确保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，这种方式相比第三和第四种方法就显得更合理。

第六种（枚举）：

public enum SingletonDemo6 {
	instance;
	public void whateverMethod(){
 }
}

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，而且还能防止反序列化重新创建新的对象，可谓是很坚强的壁垒啊，不过，个人认为由于1.5中才加入enum特性，用这种方式写不免让人感觉生疏，在实际工作中，我也很少看见有人这么写过。
第七种（双重校验锁）：

public class SingletonDemo7 {
	private volatile static SingletonDemo7 singletonDemo7;
	private SingletonDemo7(){}
	public static SingletonDemo7 getSingletonDemo7(){
    if (singletonDemo7 == null) {
        synchronized (SingletonDemo7.class) {
            if (singletonDemo7 == null) {
                singletonDemo7 = new SingletonDemo7();
            }
        }
    }
    return singletonDemo7;
 }
}

这些实现的共同之处是全部私有化成员变量和构造函数，并且有一个公开的getInstance函数。注意，在第七种双重检查中，成员变量必须加volatile关键字修饰。否则很可能出现一个线程创建了一半的对象被另一个线程访问，出现空指针异常。

参考文献：
https://www.cnblogs.com/Ycheng/p/7169381.html
设计模式之禅 秦小波 著