单例模式，也叫单子模式，是一种常用的软件设计模式。在应用这个模式时，单例对象的类必须保证只有一个实例存在。许多时候整个系统只需要拥有一个的全局对象，这样有利于我们协调系统整体的行为。
应用场景：J2EE标准中的servletContext、servletContextConfig、Spring框架中的ApplicationContext、数据库的连接池等等
实现思路：一个类能返回对象一个引用(永远是同一个)和一个获得该实例的方法（必须是静态方法，通常使用getInstance这个名称）；当我们调用这个方法时，如果类持有的引用不为空就返回这个引用，如果类保持的引用为空就创建该类的实例并将实例的引用赋予该类保持的引用；同时我们还将该类的构造函数定义为私有方法，这样其他处的代码就无法通过调用该类的构造函数来实例化该类的对象，只有通过该类提供的静态方法来得到该类的唯一实例。
单例模式的各种实现分类：
饿汉式单例
懒汉式单例
注册式单例
ThreadLocal线程单例
饿汉式单例
饿汉式单例是在类加载的时候就立刻初始化，并创建单例对象，是绝对的线程安全的，因为在线程还没有出现以前就已经实例化了，不存在访问的安全问题。
代码实现：
写法一：
public class HungrySingleton {
//先静态、后动态
//先属性、后方法
//先上后下
private static final HungrySingleton hungrySingleton = new HungrySingleton();
private HungrySingleton(){}
public static HungrySingleton getInstance(){
return hungrySingleton;
}
}
写法二（静态代码块实现）：
//饿汉式静态块单例
public class HungryStaticSingleton {
private static final HungryStaticSingleton hungrySingleton;
static {
hungrySingleton = new HungryStaticSingleton();
}
private HungryStaticSingleton(){}
public static HungryStaticSingleton getInstance(){
return hungrySingleton;
}
}
类结构图：(https://upload-images.jianshu.io/upload_images/19649934-9d8b18949ad26517.png?imageMogr2/auto-orient/strip%7CimageView2/2/w/1240)
优点：没有加任何的锁、执行效率比较高，在用户体验上来说，比懒汉式更好。
缺点：类加载的时候就初始化，不管用与不用都占着空间，浪费了内存。
懒汉式单例
特点：被外部类调用的时候内部类才会加载
//懒汉式单例
//在外部需要使用的时候才进行实例化
public class LazySimpleSingleton {
private LazySimpleSingleton(){}
//静态块，公共内存区域
private static LazySimpleSingleton lazy = null;
public static LazySimpleSingleton getInstance(){
if(lazy == null){
lazy = new LazySimpleSingleton();
}
return lazy;
}
}
在多线程的环境中，这个写法是存在线程安全问题的
测试：
public class ExectorThread implements Runnable{
@Override
public void run() {
LazySimpleSingleton singleton = LazySimpleSingleton.getInstance();
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + ":" + singleton);
}
}
public class LazySimpleSingletonTest {
public static void main(String[] args) {
Thread t1 = new Thread(new ExectorThread());
Thread t2 = new Thread(new ExectorThread());
t1.start();
t2.start();
System.out.println("End");
}
}
有一定的几率出现不同的结果：(https://upload-images.jianshu.io/upload_images/19649934-97319a3b4ef1ce33.png?imageMogr2/auto-orient/strip%7CimageView2/2/w/1240)
(https://upload-images.jianshu.io/upload_images/19649934-e6f96dd89137b325.png?imageMogr2/auto-orient/strip%7CimageView2/2/w/1240)
解决办法：在getInstance()方法加上synchronized关键字，把这个方法变成线程同步
public class LazySimpleSingleton {
private LazySimpleSingleton(){}
//静态块，公共内存区域
private static LazySimpleSingleton lazy = null;
public synchronized static LazySimpleSingleton getInstance(){
if(lazy == null){
lazy = new LazySimpleSingleton();
}
return lazy;
}
}
用多线程测试的时候存在缺点：
用synchronized 加锁，在线程数量比较多情况下，如果 CPU 分配压力上升，会导致大批量线程出现阻塞，从而导致程序运行性能大幅下降。
更优雅的实现方式（双重检测锁实现）：
public class LazyDoubleCheckSingleton {
private volatile static LazyDoubleCheckSingleton lazy = null;
private LazyDoubleCheckSingleton(){}
public static LazyDoubleCheckSingleton getInstance(){
if(lazy == null){
synchronized (LazyDoubleCheckSingleton.class){
if(lazy == null){
lazy = new LazyDoubleCheckSingleton();
//1.分配内存给这个对象
//2.初始化对象
//3.设置 lazy 指向刚分配的内存地址
}
}
}
return lazy;
}
}
缺点：用到 synchronized 关键字，总是要上锁，对程序性能还是存在一定影响的。
利用静态内部类的方式实现：
//这种形式兼顾饿汉式的内存浪费，也兼顾 synchronized 性能问题
//完美地屏蔽了这两个缺点
public class LazyInnerClassSingleton {
//默认使用 LazyInnerClassGeneral 的时候，会先初始化内部类
//如果没使用的话，内部类是不加载的
private LazyInnerClassSingleton(){}
//每一个关键字都不是多余的
//static 是为了使单例的空间共享
//保证这个方法不会被重写，重载
public static final LazyInnerClassSingleton getInstance(){
//在返回结果以前，一定会先加载内部类
return LazyHolder.LAZY;
}
//默认不加载
private static class LazyHolder{
private static final LazyInnerClassSingleton LAZY = new LazyInnerClassSingleton();
}
}
这种形式解决了饿汉式的内存浪费，同时也解决了synchronized性能问题，内部类一定是要在方法调用之前初始化，巧妙地避免了线程安全问题。
注册式单例
注册式单例又称为登记式单例，就是将每一个实例都登记到某一个地方，使用唯一的标识获取实例。注册式单例有两种写法：一种为容器缓存，一种为枚举登记。
枚举式单例
public enum EnumSingleton {
INSTANCE;
private Object data;
public Object getData() {
return data;
}
public void setData(Object data) {
this.data = data;
}
public static EnumSingleton getInstance(){
return INSTANCE;
}
}
这种方式不会存在线程安全问题，因为通过阅读编译之后的源码发现
static{
INSTANCE = new EnumSingleton("INSTANCE", 0);
$VALUES = (new EnumSingleton[] {
INSTANCE
});
}
在静态代码块中就给 INSTANCE 进行了赋值，是饿汉式单例的实现。
容器缓存
public class ContainerSingleton {
private ContainerSingleton(){}
private static Map ioc = new ConcurrentHashMap();
public static Object getBean(String className){
synchronized (ioc) {
if (!ioc.containsKey(className)) {
Object obj = null;
try {
obj = Class.forName(className).newInstance();
ioc.put(className, obj);
} catch (Exception e) {
e.printStackTrace();
}
return obj;
} else {
return ioc.get(className);
}
}
}
}
}
容器式写法适用于创建实例非常多的情况，便于管理，但是，他是非线程安全的。
ThreadLocal线程单例
ThreadLocal不能保证其创建的对象是全局唯一的，但是能保证在单个线程中是唯一的，天生的线程安全
public class ThreadLocalSingleton {
private static final ThreadLocal threadLocalInstance =
new ThreadLocal(){
@Override
protected ThreadLocalSingleton initialValue() {
return new ThreadLocalSingleton();
}
};
private ThreadLocalSingleton(){}
public static ThreadLocalSingleton getInstance(){
return threadLocalInstance.get();
}
}
测试：
public static void main(String[] args) {
System.out.println(ThreadLocalSingleton.getInstance());
System.out.println(ThreadLocalSingleton.getInstance());
System.out.println(ThreadLocalSingleton.getInstance());
System.out.println(ThreadLocalSingleton.getInstance());
System.out.println(ThreadLocalSingleton.getInstance());
Thread t1 = new Thread(new ExectorThread());
Thread t2 = new Thread(new ExectorThread());
t1.start();
t2.start();
System.out.println("End");
}
结果：(https://upload-images.jianshu.io/upload_images/19649934-ab3cc9e411b9c6bf.png?imageMogr2/auto-orient/strip%7CimageView2/2/w/1240)
在主线程 main 中无论调用多少次，获取到的实例都是同一个，都在两个子线程中分别获取到了不同的实例。ThreadLocal将所有的对象全部放在 ThreadLocalMap 中，为每个线程都提供一个对象，实际上是以空间换时间来实现线程间隔离的。
总结
单例模式可以保证内存里只有一个实例，减少了内存开销；可以避免对资源的多重占用。