单例设计模式详解
对于系统中的某些类来说，只有一个实例很重要，例如，一个系统中可以存在多个打印任务，但是只能有一个正在工作的任务；一个系统只能有一个窗口管理器或文件系统；一个系统只能有一个计时工具或ID（序号）生成器。如何保证一个类只有一个实例并且这个实例易于被访问呢？定义一个全局变量可以确保对象随时都可以被访问，但不能防止我们实例化多个对象。一个更好的解决办法是让类自身负责保存它的唯一实例。这个类可以保证没有其他实例被创建，并且它可以提供一个访问该实例的方法。这就是单例模式的模式动机。
模式定义
单例模式(Singleton Pattern)：单例模式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例，这个类称为单例类，它提供全局访问的方法。单例模式的要点有三个：一是某个类只能有一个实例；二是它必须自行创建这个实例；三是它必须自行向整个系统提供这个实例。单例模式是一种对象创建型模式。单例模式又名单件模式或单态模式。
- Singleton：单例
时序图
下面就算单例的5种实现方式：
1）懒汉式，线程安全
public static synchronized Singleton getInstance(){
if (instance == null) {
instance = new Singleton();
}
return instance;
}虽然做到了线程安全，并且解决了多实例的问题，但是它并不高效。因为在任何时候只能有一个线程调用 getInstance() 方法。但是同步操作只需要在第一次调用时才被需要，即第一次创建单例实例对象时。
2）双重检索
public static Singleton getSingleton(){ if (instance == null) { //Single Checked synchronized (Singleton.class) { if (instance == null) { //Double Checked instance = new Singleton(); } } } return instance ; } |
instance
== null，一次是在同步块外，一次是在同步块内。在同步块内还要再检验一次，是因为可能会有多个线程一起进入同步块外的 if，如果在同步块内不进行二次检验的话就会生成多个实例了。
这段代码看起来很完美，但还是有问题。主要在于instance = new Singleton()这句，这并非是一个原子操作，事实上在
JVM 中这句话大概做了下面 3 件事情。
- 给 instance 分配内存
- 调用 Singleton 的构造函数来初始化成员变量
- 将instance对象指向分配的内存空间（执行完这步 instance 就为非 null 了）
但是在 JVM 的即时编译器中存在指令重排序的优化。也就是说上面的第二步和第三步的顺序是不能保证的，最终的执行顺序可能是 1-2-3 也可能是 1-3-2。如果是后者，则在3 执行完毕、2 未执行之前，被线程二抢占了，这时 instance 已经是非 null 了（但却没有初始化），所以线程二会直接返回instance，然后使用就会报错。
只需要将 instance 变量声明成 volatile就可以了。
public class Singleton {
private volatile static Singleton instance; //声明成 volatile
private Singleton(){}
public static Singleton getSingleton(){
<span style="white-space:pre"> </span>if (instance == null) {
<span style="white-space:pre"> </span>synchronized (Singleton.class) {
<span style="white-space:pre"> </span>if (instance == null) {
instance = new Singleton();
}
}
}
<span style="white-space:pre"> </span>return instance;
}
}使用 volatile 的主要原因是其一个特性：禁止指令重排序优化。在 volatile 变量的赋值操作后面会有一个内存屏障（生成的汇编代码上），读操作不会被重排序到内存屏障之前。比如上面的例子，取操作必须在执行完 1-2-3 之后或者 1-3-2 之后，不存在执行到
1-3 然后取到值的情况。从「先行发生原则」的角度理解的话，就是对于一个 volatile 变量的写操作都先行发生于后面对这个变量的读操作。但是特别注意在 Java 5 以前的版本使用了 volatile 的双检锁还是有问题的。
3）饿汉式
static final field
public class Singleton{ //类加载时就初始化 private static final Singleton instance = new Singleton(); private Singleton(){} public static Singleton getInstance(){ return instance; } }
缺点是它不是一种懒加载模式（lazy initialization），单例会在加载类后一开始就被初始化，即使客户端没有调用 getInstance()方法。
4）静态内部类 static nested Class
public class Singleton { private static class SingletonHolder { private static final Singleton INSTANCE = new Singleton(); } private Singleton(){} public static final Singleton getInstance(){ return SingletonHolder.INSTANCE; } } |
这种写法仍然使用JVM本身机制保证了线程安全问题；由于 SingletonHolder 是私有的，除了 getInstance() 之外没有办法访问它，因此它是懒汉式的；同时读取实例的时候不会进行同步，没有性能缺陷；也不依赖
JDK 版本。这是一种可以采取的较优良的实现方式。
5）枚举
public enum EasySingleton{ INSTANCE; } |
通过EasySingleton.INSTANCE来访问实例，这比调用getInstance()方法简单多了。创建枚举默认就是线程安全的，所以不需要担心double checked locking，而且还能防止反序列化导致重新创建新的对象。
一般情况下直接使用饿汉式就好了，如果明确要求要懒加载（lazy
initialization）可以使用静态内部类，如果涉及到反序列化创建对象时可以试着使用枚举的方式来实现单例。
总结：
- 单例模式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例，这个类称为单例类，它提供全局访问的方法。单例模式的要点有三个：一是某个类只能有一个实例；二是它必须自行创建这个实例；三是它必须自行向整个系统提供这个实例。单例模式是一种对象创建型模式。
- 单例模式只包含一个单例角色：在单例类的内部实现只生成一个实例，同时它提供一个静态的工厂方法，让客户可以使用它的唯一实例；为了防止在外部对其实例化，将其构造函数设计为私有。
- 单例模式的目的是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。单例类拥有一个私有构造函数，确保用户无法通过new关键字直接实例化它。除此之外，该模式中包含一个静态私有成员变量与静态公有的工厂方法。该工厂方法负责检验实例的存在性并实例化自己，然后存储在静态成员变量中，以确保只有一个实例被创建。
- 单例模式的主要优点在于提供了对唯一实例的受控访问并可以节约系统资源；其主要缺点在于因为缺少抽象层而难以扩展，且单例类职责过重。
- 单例模式适用情况包括：系统只需要一个实例对象；客户调用类的单个实例只允许使用一个公共访问点。