Java - 设计模式之单例模式 ( Singleton Pattern ) 及 六种实现方式
单例模式（Singleton Pattern）提供了一种创建对象的最佳方式
单例模式涉及到一个单一的类，该类负责创建自己的对象，同时确保只有单个对象被创建，这个类提供了一种访问其唯一的对象的方式，可以直接访问，不需要实例化该类的对象
单例模式设计要点
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单例类只能有一个实例
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单例类必须自己创建自己的唯一实例
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单例类必须给所有其他对象提供这一实例
单例模式属于创建型模式
摘要
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意图：
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
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主要解决：
一个全局使用的类频繁地创建与销毁
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何时使用：
当您想控制实例数目，节省系统资源的时候
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如何解决：
判断系统是否已经有这个单例，如果有则返回，如果没有则创建
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关键代码：
构造函数是私有的
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应用实例：
- 一个党只能有一个主席
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Windows 是多进程多线程的，在操作一个文件的时候，就不可避免地出现多个进程或线程同时操作一个文件的现象，所以所有文件的处理必须通过唯一的实例来进行
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一些设备管理器常常设计为单例模式，比如一个电脑有两台打印机，在输出的时候就要处理不能两台打印机打印同一个文件
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优点：
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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（比如管理学院首页页面缓存）
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避免对资源的多重占用（比如写文件操作）
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缺点：
没有接口，不能继承，与单一职责原则冲突，一个类应该只关心内部逻辑，而不关心外面怎么样来实例化
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使用场景：
- 要求生产唯一序列号
- WEB 中的计数器，不用每次刷新都在数据库里加一次，用单例先缓存起来
- 创建的一个对象需要消耗的资源过多，比如 I/O 与数据库的连接等
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注意事项：
getInstance() 方法中需要使用同步锁 synchronized (Singleton.class) 防止多线程同时进入造成 instance 被多次实例化
单例模式的几种实现方式
1. 懒汉式，线程不安全
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是否 Lazy 初始化： 是
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是否多线程安全： 否
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实现难度： 易
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描述： 这种方式是最基本的实现方式，这种实现最大的问题就是不支持多线程
因为没有加锁 synchronized，所以严格意义上它并不算单例模式
这种方式 lazy loading 很明显，不要求线程安全，在多线程不能正常工作
public class Singleton {
private static Singleton instance;
private Singleton (){}
public static Singleton getInstance() {
if (instance == null) {
instance = new Singleton();
}
return instance;
}
}下面几种都是线程安全的，支持多线程，但是在性能上有所差异
# 2. 懒汉式，线程安全
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是否 Lazy 初始化： 是
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是否多线程安全： 是
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实现难度： 易
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描述：
这种方式具备很好的 lazy loading，能够在多线程中很好的工作，但是，效率很低，99% 情况下不需要同步
优点：第一次调用才初始化，避免内存浪费
缺点：必须加锁 synchronized 才能保证单例，但加锁会影响效率。getInstance() 的性能对应用程序不是很关键（该方法使用不太频繁）
public class Singleton { private static Singleton instance; private Singleton (){} public static synchronized Singleton getInstance() { if (instance == null) { instance = new Singleton(); } return instance; } }3. 饿汉式
- 是否 Lazy 初始化： 否
- 是否多线程安全： 是
- 实现难度： 易
- 描述： 这种方式比较常用，但容易产生垃圾对象
优点：没有加锁，执行效率会提高
缺点：类加载时就初始化，浪费内存。它基于 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，虽然导致类装载的原因有很多种，在单例模式中大多数都是调用 getInstance 方法， 但是也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 显然没有达到 lazy loading 的效果
public class Singleton
{
private static Singleton instance = new Singleton();
private Singleton (){}
public static Singleton getInstance() {
return instance;
}
}4. 双检锁/双重校验锁（DCL，即 double-checked locking）
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JDK 版本： JDK1.5 起
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是否 Lazy 初始化： 是
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是否多线程安全： 是
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实现难度： 较复杂
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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。getInstance() 的性能对应用程序很关键
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; } }5. 登记式/静态内部类
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是否 Lazy 初始化： 是
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是否多线程安全： 是
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实现难度： 一般
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描述： 这种方式能达到双检锁方式一样的功效，但实现更简单
对静态域使用延迟初始化，应使用这种方式而不是双检锁方式
这种方式只适用于静态域的情况，双检锁方式可在实例域需要延迟初始化时使用
这种方式同样利用了 classloder 机制来保证初始化 instance 时只有一个线程，它跟第 3 种方式不同的是：第 3 种方式只要 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，所以想让它延迟加载，另外一方面，又不希望在 Singleton 类加载时就实例化，因为不能确保 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 3 种方式就显得很合理
public class Singleton { private static class SingletonHolder { private static final Singleton INSTANCE = new Singleton(); } private Singleton (){} public static final Singleton getInstance() { return SingletonHolder.INSTANCE; } }6. 枚举
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JDK 版本： JDK1.5 起
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是否 Lazy 初始化： 否
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是否多线程安全： 是
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实现难度： 易
描述： 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
它更简洁，自动支持序列化机制，绝对防止多次实例化
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，而且还自动支持序列化机制，防止反序列化重新创建新的对象，绝对防止多次实例化
不过，由于 JDK1.5 之后才加入 enum 特性，用这种方式写不免让人感觉生疏，在实际工作中，也很少用
- 不能通过 reflection attack 来调用私有构造方法
public enum Singleton { INSTANCE; public void whateverMethod() { } }最佳实战
一般情况下，不建议使用第 1 种和第 2 种懒汉方式，建议使用第 3 种饿汉方式
只有在要明确实现 lazy loading 效果时，才会使用第 5 种登记方式
如果涉及到反序列化创建对象时，可以尝试使用第 6 种枚举方式
如果有其他特殊的需求，可以考虑使用第 4 种双检锁方式
