Java单例模式(Singleton)以及实现
一. 什么是单例模式
因程序需要，有时我们只需要某个类同时保留一个对象，不希望有更多对象，此时，我们则应考虑单例模式的设计。
二. 单例模式的特点
1. 单例模式只能有一个实例。
2. 单例类必须创建自己的唯一实例。
3. 单例类必须向其他对象提供这一实例。
三. 单例模式VS静态类
在知道了什么是单例模式后，我想你一定会想到静态类，“既然只使用一个对象，为何不干脆使用静态类？”，这里我会将单例模式和静态类进行一个比较。
1. 单例可以继承和被继承，方法可以被override，而静态方法不可以。
2. 静态方法中产生的对象会在执行后被释放，进而被GC清理，不会一直存在于内存中。
3. 静态类会在第一次运行时初始化，单例模式可以有其他的选择，即可以延迟加载。
4. 基于2， 3条，由于单例对象往往存在于DAO层（例如sessionFactory），如果反复的初始化和释放，则会占用很多资源，而使用单例模式将其常驻于内存可以更加节约资源。
5. 静态方法有更高的访问效率。
6. 单例模式很容易被测试。
几个关于静态类的误解：
误解一：静态方法常驻内存而实例方法不是。
实际上，特殊编写的实例方法可以常驻内存，而静态方法需要不断初始化和释放。
误解二：静态方法在堆(heap)上，实例方法在栈(stack)上。
实际上，都是加载到特殊的不可写的代码内存区域中。
静态类和单例模式情景的选择：
情景一：不需要维持任何状态，仅仅用于全局访问，此时更适合使用静态类。
情景二：需要维持一些特定的状态，此时更适合使用单例模式。
四. 单例模式的实现
1. 懒汉模式
public class SingletonDemo {
private static SingletonDemo instance;
private SingletonDemo(){
}
public static SingletonDemo getInstance(){
if(instance==null){
instance=new SingletonDemo();
}
return instance;
}
}
如上，通过提供一个静态的对象instance，利用private权限的构造方法和getInstance()方法来给予访问者一个单例。
缺点是，没有考虑到线程安全，可能存在多个访问者同时访问，并同时构造了多个对象的问题。之所以叫做懒汉模式，主要是因为此种方法可以非常明显的lazy loading。
针对懒汉模式线程不安全的问题，我们自然想到了，在getInstance()方法前加锁，于是就有了第二种实现。
2. 线程安全的懒汉模式
public class SingletonDemo {
private static SingletonDemo instance;
private SingletonDemo(){
}
public static synchronized SingletonDemo getInstance(){
if(instance==null){
instance=new SingletonDemo();
}
return instance;
}
}
然而并发其实是一种特殊情况，大多时候这个锁占用的额外资源都浪费了，这种打补丁方式写出来的结构效率很低。
3. 饿汉模式
public class SingletonDemo {
private static SingletonDemo instance=new SingletonDemo();
private SingletonDemo(){
}
public static SingletonDemo getInstance(){
return instance;
}
}
直接在运行这个类的时候进行一次loading，之后直接访问。显然，这种方法没有起到lazy loading的效果，考虑到前面提到的和静态类的对比，这种方法只比静态类多了一个内存常驻而已。
4. 静态类内部加载
public class SingletonDemo {
private static class SingletonHolder{
private static SingletonDemo instance=new SingletonDemo();
}
private SingletonDemo(){
System.out.println("Singleton has loaded");
}
public static SingletonDemo getInstance(){
return SingletonHolder.instance;
}
}
使用内部类的好处是，静态内部类不会在单例加载时就加载，而是在调用getInstance()方法时才进行加载，达到了类似懒汉模式的效果，而这种方法又是线程安全的。
5. 枚举方法
enum SingletonDemo{
INSTANCE;
public void otherMethods(){
System.out.println("Something");
}
}
Effective Java作者Josh Bloch 提倡的方式，在我看来简直是来自神的写法。解决了以下三个问题：
(1)自由序列化。
(2)保证只有一个实例。
(3)线程安全。
如果我们想调用它的方法时，仅需要以下操作：
public class Hello {
public static void main(String[] args){
SingletonDemo.INSTANCE.otherMethods();
}
}
这种充满美感的代码真的已经终结了其他一切实现方法了。
6. 双重校验锁法
public class SingletonDemo {
private volatile static SingletonDemo instance;
private SingletonDemo(){
System.out.println("Singleton has loaded");
}
public static SingletonDemo getInstance(){
if(instance==null){
synchronized (SingletonDemo.class){
if(instance==null){
instance=new SingletonDemo();
}
}
}
return instance;
}
}
接下来我解释一下在并发时，双重校验锁法会有怎样的情景：
STEP 1. 线程A访问getInstance()方法，因为单例还没有实例化，所以进入了锁定块。
STEP 2. 线程B访问getInstance()方法，因为单例还没有实例化，得以访问接下来代码块，而接下来代码块已经被线程1锁定。
STEP 3. 线程A进入下一判断，因为单例还没有实例化，所以进行单例实例化，成功实例化后退出代码块，解除锁定。
STEP 4. 线程B进入接下来代码块，锁定线程，进入下一判断，因为已经实例化，退出代码块，解除锁定。
STEP 5. 线程A初始化并获取到了单例实例并返回，线程B获取了在线程A中初始化的单例。
理论上双重校验锁法是线程安全的，并且，这种方法实现了lazyloading。
