单例模式

单例模式（Singleton Pattern）是 Java 中最简单的设计模式之一。
这种类型的设计模式属于创建型模式，它提供了一种创建对象的最佳方式。

单例类只能有一个实例。
单例类必须自己创建自己的唯一实例。
单例类必须给所有其他对象提供这一实例。

介绍

• 目的：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。
• 解决问题：全局使用的类，频繁地创建与销毁。
• 何时使用：控制实例数目，节省系统资源。
• 如何解决：判断是否已经有这个单例，如果有则返回，如果没有则创建。
• 关键代码：构造函数是私有的。
• 优点：1、内存里只有一个实例，减少了内存的开销（如：首页缓存）。2、避免对资源的多重占用（如：写文件操作）。
• 缺点：没有接口，不能继承，与单一职责原则冲突，一个类应该只关注内部逻辑，而不关注外面怎样来实例化。
• 使用场景：1、生产唯一序列号。2、WEB 中的计数器，用单例先缓存起来。3、创建的一个对象需要消耗的资源过多（如：I/O 与数据库的连接等）。

实现

创建一个 SingleObject 类。
SingleObject 类，有它的私有构造函数和本身的一个静态实例。
SingleObject 类提供了一个静态方法，供外界获取它的静态实例。

创建一个类

SingleObject.java

public class SingleObject {
 
   // 创建 SingleObject 的一个对象
   private static SingleObject instance = new SingleObject();
 
   // 让构造函数为 private，这样该类就不会被实例化
   private SingleObject() {}
 
   // 获取唯一可用的对象
   public static SingleObject getInstance() {
      return instance;
   }
 
   public void showMessage() {
      System.out.println("Hello World!");
   }
}

获取唯一的对象

SingletonPatternDemo.java

public class SingletonPatternDemo {
   public static void main(String[] args) {
 
      // 编译时错误：构造函数 SingleObject() 是不可见的
      // SingleObject object = new SingleObject();
 
      // 获取唯一可用的对象
      SingleObject object = SingleObject.getInstance();
 
      // 显示消息
      object.showMessage();
   }
}

单例模式的实现方式

懒汉式，线程不安全

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 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;  
    }  
}

懒汉式，线程安全

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。

public class Singleton {  
    private static Singleton instance;

    private Singleton () {}

    public static synchronized Singleton getInstance() {  
        if (instance == null) {  
            instance = new Singleton();  
        }  
        return instance;  
    }  
}

饿汉式

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 classloader 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。

public class Singleton {  
    private static Singleton instance = new Singleton();

    private Singleton () {}

    public static Singleton getInstance() {  
        return instance;  
    }  
}

双重校验锁

（DCL，double-checked locking）
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;  
    }
}

静态内部类

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 classloader 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，只有显式调用 getInstance 方法时，才会显式装载 SingletonHolder 类，从而实例化。

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 种方式更合理。

public class Singleton {  
    private static class SingletonHolder {  
        private static final Singleton INSTANCE = new Singleton();  
    }  

    private Singleton () {}

    public static final Singleton getInstance() {  
        return SingletonHolder.INSTANCE;  
    }  
}

枚举

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。

public enum Singleton {  
    INSTANCE;  

    public void whateverMethod() {}
}

总结

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。

参考资料

https://www.runoob.com/design-pattern/singleton-pattern.html