设计模式：单例模式介绍及8种写法（饿汉式、懒汉式、Double-Check、静态内部类、枚举）
单例模式
- 0、介绍
- 一、饿汉式（静态常量）
- 二、饿汉式（静态代码块）
- 三、懒汉式（线程不安全）
- 四、懒汉式（线程安全，同步方法）
- 五、懒汉式（同步代码块）
- 六、 双重检查Double Check
- 七、静态内部类
- 八、枚举
- 九、总结
- 十、单例模式在JDK里的应用
0、介绍
单例模式，就是采用一定方法，保证整个软件系统里，对某个类只能存在一个对象实例，并且该类只提供一个取得其对象实例的方法（这种方法一般是静态的）。
单例模式在实际开发中有 5 种写法+加 3 种。
- 饿汉式（静态常量）
- 饿汉式（静态代码块）
- 懒汉式（线程不安全）
- 懒汉式（线程安全，同步方法）
- 懒汉式（线程安全，同步代码块）
- 双重检查
- 静态内部类
- 枚举
一、饿汉式（静态常量）
这种饿汉式的单例模式构造的步骤如下：
- 构造器私有化；（防止用new来得到对象实例）
- 类的内部创建对象；（因为1，所以2）
- 向外暴露一个静态的公共方法；（getInstance）
示例：
class Singleton{
//1私有化构造方法
private Singleton(){
}
//2创建对象实例
private final static Singleton instance = new Singleton();
//3对外提供公有静态方法
public static Singleton getInstance(){
return instance;
}
}
这样的话，获取对象就不能通过 new 的方式，而要通过 Singleton.getInstance()；并且多次获取到的都是同一个对象。
使用静态常量的饿汉式写法实现的单例模式的优缺点：
优点：
简单，类装载的时候就完成了实例化，避免了多线程同步的问题。
缺点：
类装载的时候完成实例化，没有达到 Lazy Loading （懒加载）的效果，如果从始至终都没用过这个实例呢？那就会造成内存的浪费。（大多数的时候，调用getInstance方法然后类装载，是没问题的，但是导致类装载的原因有很多，可能有其他的方式或者静态方法导致类装载）
总结：
如果确定会用到他，这种写是没问题的，但是尽量避免内存浪费。
二、饿汉式（静态代码块）
和上一种用静态常量的方法类似，是把创建实例的过程放在静态代码块里。
class Singleton{
//1同样私有化构造方法
private Singleton(){
}
//2创建对象实例
private static Singleton instance;
//在静态代码块里进行单例对象的创建
static {
instance = new Singleton();
}
//3提供静态方法返回实例对象
public static Singleton getInstance() {
return instance;
}
}
优缺点：和上一种静态常量的方式一样；
原因：实现本来就是和上面的一样，因为类装载的时候一样马上会执行静态代码块中的代码。
三、懒汉式（线程不安全）
上面的两种饿汉式，都是一开始类加载的时候就创建了实例，可能会造成内存浪费。
懒汉式的写法如下：
class Singleton{
private static Singleton instance;
private Singleton(){
}
//提供静态公有方法，使用的时候才创建instance
public static Singleton getInstance(){
if(instance == null){
instance = new Singleton();
}
return instance;
}
}
也就是说，同样是 1) 私有构造器；2) 类的内部创建实例；3) 向外暴露获取实例方法。这三个步骤。
但是懒汉式的写法，将创建的代码放在了 getInstance 里，并且只有第一次的时候会创建，这样的话，类加载的过程就不会创建实例，同时也保证了创建只会有一次。
优点：
起到了Lazy Loading 的作用
缺点：
但是只能在单线程下使用。如果一个线程进入了 if 判断，但是没来得及向下执行的时候，另一个线程也通过了这个 if 语句，这时候就会产生多个实例，所以多线程环境下不能使用这种方式。
结论：
实际开发不要用这种方式。
四、懒汉式（线程安全，同步方法）
因为上面说了主要的问题，就在于 if 的执行可能不同步，所以解决的方式也很简单。
class Singleton{
private static Singleton instance;
private Singleton(){
}
//使用的时候才创建instance,同时加入synchronized同步代码，解决线程不安全问题
public static synchronized Singleton getInstance(){
if(instance == null){
instance = new Singleton();
}
return instance;
}
}
只要在获取实例的静态方法上加上 synchronized 关键字，同步机制放在getInstance方法层面，就 ok。
优点：
保留了单例的性质的情况下，解决了线程不安全的问题
缺点：
效率太差了，每个线程想要获得类的实例的时候都调用 getInstance 方法，就要进行同步。
然而这个方法本身执行一次实例化代码就够了，后面的想要获得实例，就应该直接 return ，而不是进行同步。
结论：
实际开发仍然不推荐。
五、懒汉式（同步代码块）
这种写法是基于对上一种的思考，既然在方法层面效率太差，那直接在实例化的语句上加 synchronized 来让他同步，是不是就能解决效率问题呢？
class Singleton{
private static Singleton instance;
private Singleton(){
}
public static Singleton getInstance(){
if(instance == null){
synchronized( Singleton.class){
instance = new Singleton();
}
}
return instance;
}
}
事实上，这种方法，让 synchronized 关键字放入方法体里，又会导致可能别的线程同样进入 if 语句，回到了第三种的问题，所以来不及同步就会产生线程不安全的问题。
结论：不可用
六、 双重检查Double Check
使用 volatile 关键字，让修改值立即更新到主存，相当于轻量级的synchronized。
然后在下面的实例化过程里采用 double check，也就是两次判断。
class Singleton{
private static volatile Singleton instance;
private Singleton(){
}
//双重检查
public static Singleton getInstance(){
//第一次检查
if(instance == null){
synchronized (Singleton.class){
//第二次检查
if(instance == null){
instance = new Singleton();
}
}
}
return instance;
}
}
可以回想一下：
4 的懒汉式同步方法写法里，getInstance方法是用了synchronized修饰符，所以虽然解决了 lazy loading 的问题，线程也安全，但是同步起来会很慢。
而 5 的懒汉式同步代码块写法，将 synchronized 修饰符加到内部的代码块部分，又会导致线程安全直接失效，因为可能大家都同时进入了 getInstance 方法。
所以双检查的方法，仍然采用 5 的写法，将代码块用 synchronized 修饰符修饰，同时，在这个内部，再加上第二重检查，这样，线程安全的同时，保证了后面的线程会先进行 if 的判断而不进入代码块，这样就同时达到了效率的提升。
优点：
double-check是多线程开发里经常用到的，满足了我们需要的线程安全&&避免反复进行同步的效率差&&lazy loading。
结论：推荐使用。
七、静态内部类
静态内部类：用static修饰的内部类，称为静态内部类，完全属于外部类本身，不属于外部类某一个对象，外部类不可以定义为静态类，Java中静态类只有一种，那就是静态内部类。
class Singleton{
//构造器私有化
private Singleton(){
}
//一个静态内部类，里面有一个静态属性，就是实例
private static class SingletonInstance{
private static final Singleton instance = new Singleton();
}
//静态的公有方法
public static Singleton getInstance(){
return SingletonInstance.instance;
}
}
核心：
- 静态内部类在外部类装载的时候并不会执行，也就是满足了 lazy loading；
- 调用getInstance的时候会取属性，此时才加载静态内部类，而 jvm 底层的类装载机制是线程安全的，所以利用 jvm 达到了我们要的线程安全；
- 类的静态属性保证了实例化也只会进行一次，满足单例。
结论：推荐。
八、枚举
将单例的类写成枚举类型，直接只有一个Instance变量。
enum Singleton{
instance;
public void sayOk(){
System.out.println("ok");
}
}
调用的时候也不用new，直接用Singleton.instance，拿到这个属性。（一般INSTANCE写成大写）
优点：
满足单例模式要的特点，同时还能够避免反序列化重新创建新的对象。
这种方法是effective java作者提供的方式。
**结论：**推荐。
九、总结
单例模式使用的场景是：
需要频繁创建和销毁的对象、创建对象耗时过多或耗资源太多（重型对象）、工具类对象、频繁访问数据库或者文件的对象（数据源、session工厂等），都应用单例模式去实现。
因为单例模式保证了系统内存中只存在该类的一个对象，所以能节省资源，提高性能，那么对外来说，单例的类都不能再通过 new 去创建了，而是采用类提供的获取实例的方法。
上面的八种写法里面：饿汉式两种基本是一样的写法，懒汉式三种都有问题，以上物种的改进就是双重检查，另辟蹊径的是静态内部类和枚举。
所以，单例模式推荐的方式有四种：
- 饿汉式可用（虽然内存可能会浪费）；
- 双重检查；
- 静态内部类；
- 枚举。
十、单例模式在JDK里的应用
Runtime类就是一个单例模式的类，并且可以看到，他是采用我们所说的第一种方式，即饿汉式（静态常量的方式）
- 私有构造器；
- 静态常量，类的内部直接将类实例化；
- 提供公有的静态方法。
