Java单例模式的几种写法及其优缺点，用Enum枚举实现被认为是最好的方式？
最近重新翻看了单例模式，梳理了一下单例模式创建的常用几种方法及优缺点。并思考了一些有关单例模式应用场景及其使用的必要性。
首先抛出单例模式的定义：
单例模式（Singleton Pattern）：确保一个类有且只有一个实例，并提供一个全局访问点。
单例使用场景：需要频繁的进行创建和销毁的对象、创建对象时耗时过多或耗费资源过多（即：重量级对象），但又经常用到的对象、工具类对象、频繁访问数据库或文件的对象（比如数据源、Session工厂等）
在开发中，很多时候有一些对象其实我们只需要一个，例如：线程池（threadpool）、缓存（cache）、默认设置、注册表（registry）、日志对象等等，这个时候把它设计为单例模式是最好的选择。
单例模式的好处：
它能避免实例对象的重复创建，不仅可以减少每次创建对象的时间开销，还可以节约内存空间（比如Spring管理的无状态bean）；还能够避免由于操作多个实例导致的逻辑错误。如果一个对象有可能贯穿整个应用程序，而且起到了全局统一管理控制的作用，那么单例模式也许是一个值得考虑的选择。
这里放入一些自己的思考（单例模式使用的必要性）：
我们都知道在Java中所有方法都是封装在类中的，代码的逻辑是在方法中。那可能就会想了，使用单例模式创建对象自然是要调用其相关的方法的，不然只创建一个占据内存空间的对象没有意义，那么为什么不直接使用类来代替单例模式呢？
通过查阅一些资料和大家的讨论后，借鉴后有一些自己的思考，这里大概总结一下（可能会有瑕疵或错误理解）。
1.代码灵活性角度。使用单例模式创建的是对象，对象就可继承，换句话说可以使用多态来完成程序的可扩展性。而直接使用类是做不到这一点的，因为类的静态方法不可重写。
2.内存使用角度。 静态方法跟静态成员变量一样，属于类的本身，在类装载的时候被装载到内存，不自动进行摧毁，直到JVM关闭（这里不太严谨，不过类卸载是很难的）。实例方法属于实例对象，实例化后才会分配内存，必须通过类的实例来引用，不会常驻内存，当实例对象被JVM回收之后，也跟着消失。
闲话不多说，先列举一下单例模式创建的几种方法：
1.饿汉式（静态变量）
2.饿汉式（静态代码块）
3.懒汉式（线程非安全）
4.懒汉式（线程安全、同步方法）
5.懒汉式（线程安全、同步代码块）跟上一种写法类似
6.懒汉式（线程安全、双重检验锁）推荐
7.静态内部类（线程安全）推荐
8.枚举（线程安全、反射安全、序列化/反序列化安全）推荐
单例模式的8种写法。
1、饿汉式（静态变量）
public class Singleton {
private final static Singleton instance = new Singleton();
private Singleton (){}
public static Singleton getInstance() {
return instance;
}
} 这种基于classloader机制避免了多线程的同步问题，初始化的时候就给装载了。但是现在，没有懒加载的效果了。这是最简单的一种实现。如果确定对象一定会使用到，这种方法也不错。
2、饿汉式（静态代码块）
public class Singleton {
private static final Singleton instance ;
static {
instance = new Singleton();
}
private Singleton (){}
public static Singleton getInstance() {
return instance;
}
} 跟上面差不多，变种写法，都是在类初始化时实例化instance
3.懒汉式（线程非安全）
public class Singleton {
private static Singleton instance;
private Singleton (){} //私有构造函数
public static Singleton getInstance() {
if (instance == null) {
instance = new Singleton();
}
return instance;
}
} 这种写法lazy loading（懒加载）很明显，但是一看就知道，存在线程安全问题，所以这种写法是被禁止的。
4.懒汉式（线程安全、同步方法）
public class Singleton {
private staticl Singleton instance;
private Singleton (){}
public static synchronized Singleton getInstance() {
if (instance == null) {
instance = new Singleton();
}
return instance;
}
} 显然加了个synchronized来保证线程安全，but，效率太低了，毕竟99.99%的情况下是不需要同步的，有点用力过猛。极力不推荐使用。
5.懒汉式（线程安全、同步代码块）
public class Singleton {
private static Singleton instance;
private Singleton (){}
public static Singleton getInstance() {
synchronized(Singleton.class){
if (instance == null) {
instance = new Singleton();
}
return instance;
}
}
} 使用synchronized加代码块来保证同步，跟上一个类似。效率很低，不推荐。
6.懒汉式（线程安全、双重检验锁）
public class Singleton {
//这里volatile防止在对象创建的时候发生指令重排导致错误
// 1. 开辟空间 2.初始化对象数据 3.将指针指向开辟空间 步骤2和3有可能发生重排
private volatile static Singleton singleton;
private Singleton (){}
public static Singleton getSingleton() {
if (singleton == null) {
synchronized (Singleton.class) {
// 注意此处还得有次判空~
if (singleton == null) {
singleton = new Singleton();
}
}
}
return singleton;
}
} 使用到了volatile机制，俗称双重检查锁。既保证了效率，又保证了安全。代码稍微复杂点，但显得比较高级~
7.静态内部类（线程安全）
public class Singleton {
// 静态内部类
private static class SingletonHolder {
private static final Singleton INSTANCE = new Singleton();
}
private Singleton (){}
public static Singleton getInstance() {
return SingletonHolder.INSTANCE;
}
} 通过类加载器来保证对象创建的线程安全和懒加载。这种方式Singleton类被装载了，instance不会被立马初始化，因为SingletonHolder类没有被主动使用，只有显示通过调用getInstance方法时，才会显示装载SingletonHolder类，显然它达到了lazy loading效果。推荐使用。
8.枚举
public enum Singleton {
INSTANCE;
} 使用枚举方式实现。
这种方式是Effective Java作者Josh Bloch提倡的方式，它不仅能避免多线程同步问题，而且还能防止反序列化重新创建新的对象，可谓是很坚强的壁垒啊。 所以这种写法，是十分推荐的且是最优的。
为何枚举方式是最好的单例实现方式？
前几种方式实现单例都有如下3个特点：
- 构造方法私有化
- 实例化的变量引用私有化
- 获取实例的方法共有
这种实现方式的问题就在低一点：私有化构造器并不保险。因为它抵御不了反射攻击，比如如下示例代码：
下面实验 饿汉式 被 反射攻击：
public class Singleton implements Serializable {
private static final Singleton instance = new Singleton();
private Singleton (){}
public static Singleton getInstance() {
return instance;
}
}
public class Main {
public static void main(String[] args) throws Exception {
Singleton s = Singleton.getInstance();
// 拿到所有的构造函数，包括非public的
Constructor constructor = Singleton.class.getDeclaredConstructor();
constructor.setAccessible(true);
// 使用空构造函数new一个实例。即使它是private的~~~
Singleton sReflection = constructor.newInstance();
System.out.println(s); //com.wzy.bean.Singleton@1f32e575
System.out.println(sReflection); //com.wzy.bean.Singleton@279f2327
System.out.println(s == sReflection); // false
}
} 运行输出：
com.wzy.bean.Singleton@1f32e575
com.wzy.bean.Singleton@279f2327
false通过反射，竟然给所谓的单例创建出了一个新的实例对象。所以这种方式也还是存在不安全因素的。怎么破？？？如何解决？？？ 其实Joshua Bloch说了：可以在构造函数在被第二次调用的时候抛出异常。具体示例代码，可以参考枚举实现的源码。
再看看它的序列化、反序列时会不会有问题。如下：
注意：JDK的序列化、反序列化底层并不是反射~~~
public class Main {
public static void main(String[] args) throws Exception {
Singleton s = Singleton.getInstance();
byte[] serialize = SerializationUtils.serialize(s);
Object deserialize = SerializationUtils.deserialize(serialize);
System.out.println(s);
System.out.println(deserialize);
System.out.println(s == deserialize);
}
}运行结果：
com.wzy.bean.Singleton@452b3a41
com.wzy.bean.Singleton@6193b845
false可以看出，序列化前后两个对象并不相等。所以它序列化也是不安全的
下面看看枚举大法
使用枚举实现单例极其的简单：
首先看看是否防御 反射攻击：
public enum EnumSingleton {
INSTANCE;
}
public class Main {
public static void main(String[] args) throws Exception {
EnumSingleton s = EnumSingleton.INSTANCE;
// 拿到所有的构造函数，包括非public的
Constructor constructor = EnumSingleton.class.getDeclaredConstructor();
constructor.setAccessible(true);
// 使用空构造函数new一个实例。即使它是private的~~~
EnumSingleton sReflection = constructor.newInstance();
System.out.println(s);
System.out.println(sReflection);
System.out.println(s == sReflection); // false
}
} 结果运行就报错：
Exception in thread "main" java.lang.NoSuchMethodException: com.wzy.bean.EnumSingleton.()
at java.lang.Class.getConstructor0(Class.java:3082)
at java.lang.Class.getDeclaredConstructor(Class.java:2178)
at com.wzy.maintest.Main.main(Main.java:19) 这个看起来是因为没有空的构造函数导致的，还并不能下定义说防御了反射攻击。那它有什么构造函数呢，可以看它的父类Enum类：
// @since 1.5 它是所有Enum类的父类，是个抽象类
public abstract class Enum> implements Comparable, Serializable {
// 这是它的唯一构造函数，接收两个参数（若没有自己额外指定构造函数的话~）
protected Enum(String name, int ordinal) {
this.name = name;
this.ordinal = ordinal;
}
...
} 这里我们可以通过反编译看下 枚举类：javap -p EnumSingleton.class
$ javap -p EnumSingleton.class
Compiled from "EnumSingleton.java"
public final class com.wzy.bean.EnumSingleton extends java.lang.Enum {
public static final com.wzy.bean.EnumSingleton INSTANCE;
private static final com.wzy.bean.EnumSingleton[] $VALUES;
public static com.wzy.bean.EnumSingleton[] values();
public static com.wzy.bean.EnumSingleton valueOf(java.lang.String);
private com.wzy.bean.EnumSingleton();
static {};
}
可以看到其继承java.lang.Enum类，且是final修饰不可修改的。
可以看它的父类Enum类，既然它有这个构造函数，那我们就先拿到这个构造函数再创建对象试试：
public class Main {
public static void main(String[] args) throws Exception {
EnumSingleton s = EnumSingleton.INSTANCE;
// 拿到所有的构造函数，包括非public的
Constructor constructor = EnumSingleton.class.getDeclaredConstructor(String.class, int.class);// 拿到有参的构造器
constructor.setAccessible(true);
// 使用空构造函数new一个实例。即使它是private的~~~
System.out.println("拿到了构造器：" + constructor);
EnumSingleton sReflection = constructor.newInstance("testInstance", 1);
System.out.println(s);
System.out.println(sReflection);
System.out.println(s == sReflection); // false
}
} 运行打印：
拿到了构造器：private com.wzy.bean.EnumSingleton(java.lang.String,int)
Exception in thread "main" java.lang.IllegalArgumentException: Cannot reflectively create enum objects
at java.lang.reflect.Constructor.newInstance(Constructor.java:417)
at com.wzy.maintest.Main.main(Main.java:22)第一句输出了，表示我们是成功拿到了构造器Constructor对象的，只是在执行newInstance时候报错了。并且也提示报错在Constructor的417行，看看Constructor的源码处:
public final class Constructor extends Executable {
...
public T newInstance(Object ... initargs) throws InstantiationException, IllegalAccessException, IllegalArgumentException, InvocationTargetException {
...
if ((clazz.getModifiers() & Modifier.ENUM) != 0)
throw new IllegalArgumentException("Cannot reflectively create enum objects");
...
}
...
} 主要是这一句：(clazz.getModifiers() & Modifier.ENUM) != 0。说明：反射在通过newInstance创建对象时，会检查该类**是否ENUM修饰**，如果是则抛出异常，反射失败，因此枚举类型对反射是绝对安全的。
那么，枚举对序列化、反序列化是否安全？
public class Main {
public static void main(String[] args) {
EnumSingleton s = EnumSingleton.INSTANCE;
byte[] serialize = SerializationUtils.serialize(s);
Object deserialize = SerializationUtils.deserialize(serialize);
System.out.println(s == deserialize); //true
}
}结果是：true。因此：枚举类型对序列化、反序列也是安全的。
综上，可以得出结论：枚举是实现单例模式的最佳实践。毕竟使用它全都是优点：
- 反射安全
- 序列化/反序列化安全
- 写法简单
- 没有一个更有信服力的原因不去使用枚举
单例模式在JDK应用的源码
java.lang.Runtime就是经典的单例模式（饿汉式）