Java 实现单例模式的七种写法

单例模式（Singleton Pattern） 是一种常用的软件设计模式，该模式的主要目的是确保某一个类只有一个实例存在。当你希望在整个系统中，某个类只能出现一个实例时，单例对象就能派上用场。

比如，某个服务器程序的配置信息存放在一个文件中，客户端通过一个 AppConfig 的类来读取配置文件的信息。如果在程序运行期间，有很多地方都需要使用配置文件的内容，也就是说，很多地方都需要创建 AppConfig 对象的实例，这就导致系统中存在多个 AppConfig 的实例对象，而这样会严重浪费内存资源，尤其是在配置文件内容很多的情况下。

事实上，类似 AppConfig 这样的类，我们希望在程序运行期间只存在一个实例对象。

在 Java中，单例设计模式分类两种：

• 饿汉式：类加载就会导致该单实例对象被创建
• 懒汉式：类加载不会导致该单实例对象被创建，而是首次使用该对象时才会创建

在 Java中，我们可以用多种方法来实现单例模式：

1. 饿汉式-方式1（静态变量方式）

2. 饿汉式-方式2（静态代码块方式）

3. 懒汉式-方式1（线程不安全） 

4. 懒汉式-方式2（线程安全）

5. 懒汉式-方式3（双重检查锁）

6. 懒汉式-方式4（静态内部类方式）

7. 枚举方式

1. 饿汉式-方式1（静态变量方式）

/**
 * 饿汉式
 * 静态变量创建类的对象
 */
public class Singleton {
    // 私有构造方法
    private Singleton() {
    }

    // 在成员位置创建该类的对象
    private static Singleton instance = new Singleton();

    // 对外提供静态方法获取该对象
    public static Singleton getInstance() {
        return instance;
    }
}

说明：该方式在成员位置声明Singleton类型的静态变量，并创建Singleton类的对象instance。 instance对象是随着类的加载而创建的。如果该对象足够大的话，而一直没有使用就会造成内存 的浪费。

2. 饿汉式-方式2（静态代码块方式）

/**
 * 恶汉式
 * 在静态代码块中创建该类对象
 */
public class Singleton {
    // 私有构造方法
    private Singleton() {
    }

    // 在成员位置创建该类的对象
    private static Singleton instance;

    static {
        instance = new Singleton();
    }

    // 对外提供静态方法获取该对象
    public static Singleton getInstance() {
        return instance;
    }
}

说明： 该方式在成员位置声明Singleton类型的静态变量，而对象的创建是在静态代码块中，也是对着 类的加载而创建。所以和饿汉式的方式1基本上一样，当然该方式也存在内存浪费问题。

3. 懒汉式-方式1（线程不安全） 

/**
 * 懒汉式
 * 线程不安全
 */
public class Singleton {
    // 私有构造方法
    private Singleton() {
    }

    // 在成员位置创建该类的对象
    private static Singleton instance;

    // 对外提供静态方法获取该对象
    public static Singleton getInstance() {
        if (instance == null) {
            instance = new Singleton();
        }
        return instance;
    }
}

说明： 从上面代码我们可以看出该方式在成员位置声明Singleton类型的静态变量，并没有进行对象的 赋值操作，那么什么时候赋值的呢？当调用getInstance()方法获取Singleton类的对象的时 候才创建Singleton类的对象，这样就实现了懒加载的效果。但是，如果是多线程环境，会出现 线程安全问题。

4. 懒汉式-方式2（线程安全）

/**
 * 懒汉式
 * 线程安全
 */
public class Singleton {
    // 私有构造方法
    private Singleton() {
    }

    // 在成员位置创建该类的对象
    private static Singleton instance;

    // 对外提供静态方法获取该对象
    public static synchronized Singleton getInstance() {
        if (instance == null) {
            instance = new Singleton();
        }
        return instance;
    }
}

说明： 该方式也实现了懒加载效果，同时又解决了线程安全问题。但是在getInstance()方法上添加了 synchronized关键字，导致该方法的执行效果特别低。从上面代码我们可以看出，其实就是在 初始化instance的时候才会出现线程安全问题，一旦初始化完成就不存在了。

5. 懒汉式-方式3（双重检查锁）

再来讨论一下懒汉模式中加锁的问题，对于 getInstance() 方法来说，绝大部分的操作都是读 操作，读操作是线程安全的，所以我们没必让每个线程必须持有锁才能调用该方法，我们需要调整 加锁的时机。由此也产生了一种新的实现模式：双重检查锁模式

/**
 * 双重检查方式
 */
public class Singleton {
    // 私有构造方法
    private Singleton() {
    }

    private static volatile Singleton instance;

    // 对外提供静态方法获取该对象
    public static Singleton getInstance() {
        // 第一次判断，如果instance不为null，不进入抢锁阶段，直接返回实例
        if (instance == null) {
            synchronized (Singleton.class) {
        // 抢到锁之后再次判断是否为null
                if (instance == null) {
                    instance = new Singleton();
                }
            }
        }
        return instance;
    }
}

双重检查锁模式是一种非常好的单例实现模式，解决了单例、性能、线程安全问题，上面的双重检 测锁模式看上去完美无缺，其实是存在问题，在多线程的情况下，可能会出现空指针问题，出现问 题的原因是JVM在实例化对象的时候会进行优化和指令重排序操作。 要解决双重检查锁模式带来空指针异常的问题，只需要使用 volatile 关键字, volatile 关 键字可以保证可见性和有序性。

小结： 添加 volatile 关键字之后的双重检查锁模式是一种比较好的单例实现模式，能够保证在多线程 的情况下线程安全也不会有性能问题。

6. 懒汉式-方式4（静态内部类方式）

静态内部类单例模式中实例由内部类创建，由于 JVM 在加载外部类的过程中, 是不会加载静态 内部类的, 只有内部类的属性/方法被调用时才会被加载, 并初始化其静态属性。静态属性由于被 static 修饰，保证只被实例化一次，并且严格保证实例化顺序。

public class Singleton {
    // 私有构造方法
    private Singleton() {
    }

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

    // 对外提供静态方法获取该对象
    public static Singleton getInstance() {
        return SingletonHolder.INSTANCE;
    }
}

说明： 第一次加载Singleton类时不会去初始化INSTANCE，只有第一次调用getInstance，虚拟机加 载SingletonHolder 并初始化INSTANCE，这样不仅能确保线程安全，也能保证 Singleton 类的唯一性。

小结： 静态内部类单例模式是一种优秀的单例模式，是开源项目中比较常用的一种单例模式。在没有加任 何锁的情况下，保证了多线程下的安全，并且没有任何性能影响和空间的浪费。

7. 枚举方式

枚举类实现单例模式是极力推荐的单例实现模式，因为枚举类型是线程安全的，并且只会装载一 次，设计者充分的利用了枚举的这个特性来实现单例模式，枚举的写法非常简单，而且枚举类型是 所用单例实现中唯一一种不会被破坏的单例实现模式。

/**
* 枚举方式
*/
public enum Singleton {
    INSTANCE;
}

说明： 枚举方式属于恶汉式方式。

其他：Python 实现单例模式的五种写法