一、前言
有時候我們只需要一個類只有一個對象，如，線程池、緩存、windows的任務管理器、註冊表等，因此就有了單例模式，確保了一個類只存在一個實例。單例模式的實現非常簡單，但是其中的細節也需要注意。下面我們就來看看他的各種實現。
二、實現
單例模式的實現方式有很多，根據是否立即創建對象分爲“懶漢”和“餓漢”兩大類別，即是否在類加載時立即創建對象，如果該對象頻繁被使用，可以使用“餓漢式”提高效率；反之則可以使用“懶漢式”來避免內存的浪費。而“懶漢式”的創建在多線程環境下則有許多方式來保證線程安全。
1. 懶漢式-線程不安全
public class Singleton {
public static Singleton instance;
// 私有化構造方法，保證外部無法創建對象
private Singleton() {}
public static Singleton getInstance() {
if (instance == null) {
instance = new Singleton();
}
return instance;
}
}
這種只能保證在單線下獲取到單例對象，並且在需要的時候纔會創建對象，故此稱爲“懶漢式”。但是因爲new Singleton()該操作並不是原子操作，當線程1執行到此時，可能還並未創建實例，那麼線程2在判斷instance==null時就會爲真，從而產生多個實例。
2. 懶漢式-線程安全
public class Singleton {
private static Singleton instance;
// 私有化構造方法，保證外部無法創建對象
private Singleton() {}
public static synchronized Singleton getInstance() {
if (instance == null) {
instance = new Singleton();
}
return instance;
}
}
這種方式保證了線程安全，但是效率非常低，因此一般不推薦使用。
3. 餓漢式
public class Singleton {
private static Singleton instance = new Singleton();
private Singleton() {}
public static Singleton getInstance() {
return instance;
}
}
與懶漢式的區別是類加載的時候立即創建了對象實例，保證了對象始終只會有一個，但是如果該對象一直不被使用，就會浪費內存資源。
4. 靜態內部類
public class Singleton {
private Singleton() {}
private static class SingletonInstance {
private static final Singleton INSTANCE = new Singleton();
}
public static Singleton getInstance() {
return SingletonInstance.INSTANCE;
}
}
使用靜態內部類來實現單例其實也是懶漢式的優化實現，利用類初始化時線程安全這一特點來創建單例對象，同時因爲是在靜態內部類中，有且僅當getInstance()方法被調用時纔會被初始化，所以也避免了內存的浪費。
5. 雙重校驗鎖
public class Singleton {
private static volatile Singleton instance;
private Singleton() {}
public static Singleton getInstance() {
if (instance == null) {
synchronized (Singleton.class) {
if (instance == null) {
instance = new Singleton();
}
}
}
return instance;
}
}
該方式是“餓漢式”的變種，保留了“餓漢式”的特點的同時保證了線程的安全。但是，需要注意的是volatile關鍵字是必須的，在網上很多文章上看到都沒帶這個關鍵字，如果不加可能會導致程序的崩潰。因此該方法只能在JDK1.5後使用。
volatile是保證線程之間的可見性。倘若沒有該關鍵字，假設線程1和線程2先後調用getInstance()方法，當線程1進入方法時判斷instance=null，因此去執行new Singleton()創建實例，上文提到該操作並非原子操作，會被編譯爲三條指令：
- 分配對象的內存空間；
- 初始化對象；
- 將對象指向內存地址；
而jvm會爲了執行效率而進行指令重排，重排後的指令順序爲：1->3->2，當指令執行完第3條指令，此時線程2進入方法進行第一次判斷時，就會得到一個並不完整的對象實例（因爲對象還未初始化，只是分配了內存空間），接着線程1執行完第2條指令，又會返回這個實例的完全態，但並不會立即刷新主內存，所以線程2並不能訪問到，程序就會出現錯誤導致崩潰。而volatile就是爲了處理這個問題，他能保證當某個線程改變對象實例後，立即刷新主內存，讓其他線程能夠同樣獲取到相同的實例對象，就不會出現不一致的問題了。
6. 枚舉
public enum Singleton {
INSTANCE;
}
用枚舉的方式創建單例非常簡單明瞭，它本身能保證線程的安全，還能防止反序列化（readObject()）導致對象不一致的問題，唯一的缺點則是同餓漢式一樣會立即創建對象實例（反編譯後可以看到），如果不考慮這點枚舉應是單例實現的最佳方式，也是《Effective Java》作者推薦的方式。
三、總結
單例模式是比較常用的模式之一，本文總結了6種實現方式，可以感受到看似簡單的代碼背後涉及到的細節非常多，因此也是非常考驗我們的基本功。在本文中並沒有考慮反射入侵的情況，有興趣的讀者們可自行研究。