1.單例模式的定義
單例模式確保某個類只有一個實例，而且自行實例化並向整個系統提供這個實例。
2.單例模式的特點
單例類只能有一個實例。
單例類必須自己創建自己的唯一實例。
單例類必須給所有其他對象提供這一實例。
3.單例模式的應用
在計算機系統中，線程池、緩存、日誌對象、對話框、打印機、顯卡的驅動程序對象常被設計成單例。
這些應用都或多或少具有資源管理器的功能。每臺計算機可以有若干個打印機，但只能有一個Printer Spooler，以避免兩個打印作業同時輸出到打印機中。每臺計算機可以有若干通信端口，系統應當集中管理這些通信端口，以避免一個通信端口同時被兩個請求同時調用。總之，選擇單例模式就是爲了避免不一致狀態。
4.單例模式的Java代碼
單例模式分爲懶漢式（需要纔去創建對象）和餓漢式（創建類的實例時就去創建對象）。
5.餓漢式
屬性實例化對象
//餓漢模式：線程安全，耗費資源。
public class HugerSingletonTest {
//該對象的引用不可修改
private static final HugerSingletonTest ourInstance = new HugerSingletonTest();
public static HugerSingletonTest getInstance() {
return ourInstance;
}
private HugerSingletonTest() {}
}
在靜態代碼塊實例對象
public class Singleton {
private static Singleton ourInstance;
static {
ourInstance = new Singleton();
}
public static Singleton getInstance() {
return ourInstance;
}
private Singleton() {}
}
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分析：餓漢式單例模式只要調用了該類，就會實例化一個對象，但有時我們並只需要調用該類中的一個方法，而不需要實例化一個對象，所以餓漢式是比較消耗資源的。
6.懶漢式
非線程安全
public class Singleton {
private static Singleton ourInstance;
public static Singleton getInstance() {
if (null == ourInstance) {
ourInstance = new Singleton();
}
return ourInstance;
}
private Singleton() {}
}
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分析：如果有兩個線程同時調用getInstance()方法，則會創建兩個實例化對象。所以是非線程安全的。
線程安全：給方法加鎖
public class Singleton {
private static Singleton ourInstance;
public synchronized static Singleton getInstance() {
if (null == ourInstance) {
ourInstance = new Singleton();
}
return ourInstance;
}
private Singleton() {}
}
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分析：如果有多個線程調用getInstance()方法，當一個線程獲取該方法，而其它線程必須等待，消耗資源。
線程安全：雙重檢查鎖（同步代碼塊）
public class Singleton {
private static Singleton ourInstance;
public static Singleton getInstance() {
if (null == ourInstance) {
synchronized (Singleton.class) {
if (null == ourInstance) {
ourInstance = new Singleton();
}
}
}
return ourInstance;
}
private Singleton() {}
}
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分析：爲什麼需要雙重檢查鎖呢？因爲第一次檢查是確保之前是一個空對象，而非空對象就不需要同步了，空對象的線程然後進入同步代碼塊，如果不加第二次空對象檢查，兩個線程同時獲取同步代碼塊，一個線程進入同步代碼塊，另一個線程就會等待，而這兩個線程就會創建兩個實例化對象，所以需要在線程進入同步代碼塊後再次進行空對象檢查，才能確保只創建一個實例化對象。
線程安全：靜態內部類
public class Singleton {
private static class SingletonHodler {
private static final Singleton ourInstance = new Singleton();
}
public static Singleton getInstance() {
return SingletonHodler.ourInstance;
}
private Singleton() {}
}
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分析：利用靜態內部類，某個線程在調用該方法時會創建一個實例化對象。
線程安全：枚舉
enum SingletonTest {
INSTANCE;
public void whateverMethod() {
}
}
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分析：枚舉的方式是《Effective Java》書中提倡的方式，它不僅能避免多線程同步問題，而且還能防止反序列化重新創建新的對象，但是在枚舉中的其他任何方法的線程安全由程序員自己負責。還有防止上面的通過反射機制調用私用構造器。不過，由於Java1.5中才加入enum特性，所以使用的人並不多。
線程安全：使用ThreadLocal
public class Singleton {
private static final ThreadLocal tlSingleton =
new ThreadLocal() {
@Override
protected Singleton initialValue() {
return new Singleton();
}
};
public static Singleton getInstance() {
return tlSingleton.get();
}
private Singleton() {}
}
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分析：ThreadLocal會爲每一個線程提供一個獨立的變量副本，從而隔離了多個線程對數據的訪問衝突。對於多線程資源共享的問題，同步機制採用了“以時間換空間”的方式，而ThreadLocal採用了“以空間換時間”的方式。前者僅提供一份變量，讓不同的線程排隊訪問，而後者爲每一個線程都提供了一份變量，因此可以同時訪問而互不影響。
線程安全：CAS鎖
public class Singleton {
private static final AtomicReference INSTANCE = new AtomicReference<>();
/**
* 用CAS確保線程安全
*/
public static Singleton getInstance() {
while (true) {
Singleton current = INSTANCE.get();
if (current != null) {
return current;
}
current = new Singleton();
if (INSTANCE.compareAndSet(null, current)) {
return current;
}
}
}
private Singleton() {}
}
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7.指令重排序
我們再來思考一個問題，就是懶漢式的雙重檢查版本的單例模式，它一定是線程安全的嗎？我會毫不猶豫的告訴你—不一定，因爲在JVM的編譯過程中會存在指令重排序的問題。
其實創建一個對象，往往包含三個過程。
對於singleton = new Singleton()，這不是一個原子操作，在 JVM 中包含的三個過程。
1>給 singleton 分配內存
2>調用 Singleton 的構造函數來初始化成員變量，形成實例
3>將singleton對象指向分配的內存空間（執行完這步 singleton纔是非 null 了）
但是，由於JVM會進行指令重排序，所以上面的第二步和第三步的順序是不能保證的，最終的執行順序可能是 1-2-3 也可能是 1-3-2。如果是 1-3-2，則在 3 執行完畢、2 未執行之前，被l另一個線程搶佔了，這時 instance 已經是非 null 了（但卻沒有初始化），所以這個線程會直接返回 instance，然後使用，那肯定就會報錯了。
針對這種情況，我們有什麼解決方法呢？那就是把singleton聲明成 volatile ，改進後的懶漢式線程安全（雙重檢查鎖）的代碼如下：
public class Singleton {
//volatile的作用是：保證可見性、禁止指令重排序，但不能保證原子性
private volatile static Singleton ourInstance;
public static Singleton getInstance() {
if (null == ourInstance) {
synchronized (Singleton.class) {
if (null == ourInstance) {
ourInstance = new Singleton();
}
}
}
return ourInstance;
}
private Singleton() {
}
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8.單例模式在JDK8源碼中的使用
當然JDK源碼中使用了大量的設計模式，那哪些地方使用了單例設計模式呢？
Runtime類部分源碼如下
//餓漢式單例設計模式
public class Runtime {
private static Runtime currentRuntime = new Runtime();
public static Runtime getRuntime() {
return currentRuntime;
}
private Runtime() {
}
//省略很多行
}
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