单例模式详解

单例模式详解

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。

这种模式涉及到一个单一的类，该类负责创建自己的对象，同时确保只有单个对象被创建。这个类提供了一种访问其唯一的对象的方式，可以直接访问，不需要实例化该类的对象。

废话不多说，直接上具体代码实现方式

1.懒汉式

1.1 线程不安全方式

描述：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 很明显，不要求线程安全，在多线程不能正常工作。

public class SingletonPattern {
    /**线程不安全实现方式*/
    private static SingletonPattern instance;
    private SingletonPattern(){}
    private static SingletonPattern getInstance(){
        if (instance == null){
            instance = new SingletonPattern();
        }
        return instance;
    }
}

1.2 线程安全方式

描述: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。
getInstance() 的性能对应用程序不是很关键（该方法使用不太频繁）。

public class SingletonPattern {
    /**线程不安全实现方式*/
    private static SingletonPattern instance;
    private SingletonPattern(){}
    private static synchronized SingletonPattern getInstance(){
        if (instance == null){
            instance = new SingletonPattern();
        }
        return instance;
    }
}

2.饿汉式形式

描述：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，
虽然导致类装载的原因有很多种，在单例模式中大多数都是调用 getInstance 方法， 
但是也不能确定有其他的方式（或者其他的静态方法）导致类装载，
这时候初始化 instance 显然没有达到 lazy loading 的效果。

public class SingletonPattern {
    /**饿汉式形式*/
    private static SingletonPattern instance = new SingletonPattern();
    private SingletonPattern(){}
    private static SingletonPattern getInstance(){
        return instance;
    }
}

3.双重校验锁形式

描述：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 SingletonPattern {
    /**双端校验锁方式*/
    private volatile static SingletonPattern instance ;
    private SingletonPattern(){}
    private static SingletonPattern getInstance(){
        if(instance == null){
            synchronized (SingletonPattern.class){
                if (instance == null){
                    instance = new SingletonPattern();
                }
            }
        }
        return instance;
    }
}

4.静态内部类形式

描述：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，
只有通过显式调用 getInstance 方法时，才会显式装载 SingletonHolder 类，从而实例化 instance。想象一下，
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 种方式就显得很合理。

public class SingletonPattern {
    /**静态内部类方式*/
    private  static class SingletonHolder{
        private static final SingletonPattern INSTANCE = new SingletonPattern();
    }
    private SingletonPattern(){}
    private static final SingletonPattern getInstance(){
        return SingletonHolder.INSTANCE;
    }
}

5.枚举类形式

描述：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 Josh Bloch 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，在实际工作中，也很少用。
不能通过 reflection attack 来调用私有构造方法。

public class SingletonPattern {
    /**枚举类实现方式*/
    private SingletonPattern(){}
    static enum SingletonEnum{
        INSTANCE;
        private SingletonPattern singletonPattern;
        private SingletonEnum(){
            singletonPattern = new SingletonPattern();
        }
        public SingletonPattern getSingletonPattern(){
            return singletonPattern;
        }
    }
    public static SingletonPattern getInstance(){
        return SingletonEnum.INSTANCE.getSingletonPattern();
    }
}