设计模式之单例模式详解和应用

---

1 单例模式的应用场景介绍

1、听说过单例模式，但不知道如何应用的人群。
2、单例模式是非常经典的高频面试题，希望通过面试单例彰显技术深度，顺利拿到Offer的人群。

单例模式（SingletonPattern）是指确保一个类在任何情况下都绝对只有一个实例，并提供一个全局访问点。单例模式是创建型模式。单例模式在现实生活中应用也非常广泛，例如，公司CEO、部门经 理 等 。 J2EE 标 准 中 的 ServletContext 、 ServletContextConfig 等 、 Spring 框 架 应 用 中 的 ApplicationContext、数据库的连接池BDPool等也都是单例形式。

2 饿汉式单例模式

2.1 静态方法获得私有成员对象

 /**
  * 优点：执行效率高，性能高，没有任何的锁
  * 缺点：某些情况下，可能会造成内存浪费
  */
 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;
     }
 }

2.2 利用静态代码块与类同时加载的特性生成单例对象

 //饿汉式静态块单例模式
 public class HungryStaticSingleton {
     //先静态后动态
     //先上，后下
     //先属性后方法
     private static final HungryStaticSingleton hungrySingleton;

     static {
         hungrySingleton = new HungryStaticSingleton();
     }
     private HungryStaticSingleton(){}
     public static HungryStaticSingleton getInstance(){
         return  hungrySingleton;
     }
 }

类结构图

2.3 优缺点

优点：没有加任何锁、执行效率比较高，用户体验比懒汉式单例模式更好。
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，有可能“占着茅坑不拉屎”。

3 懒汉式单例模式

特点
懒汉式单例模式的特点是：被外部类调用的时候内部类才会加载。

2.1 加锁

 /**
  * 优点：节省了内存,线程安全
  * 缺点：性能低
  */
 //懒汉式单例模式在外部需要使用的时候才进行实例化
 public class LazySimpleSingletion {
     private static LazySimpleSingletion instance;
     //静态块，公共内存区域 
     private LazySimpleSingletion(){}
     public synchronized static LazySimpleSingletion getInstance(){
         if(instance == null){
             instance = new LazySimpleSingletion();
         }
         return instance;
     }
 }
 public class ExectorThread implements Runnable {
     public void run() {
         LazySimpleSingletion instance = LazySimpleSingletion.getInstance();
         System.out.println(Thread.currentThread().getName() + ":" + instance);
     }
 }
 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");
     }
 }

给getInstance()加上synchronized关键字，使这个方法变成线程同步方法：
当执行其中一个线程并调用getInstance()方法时，另一个线程在调用getInstance() 方法，线程的状态由 RUNNING 变成了 MONITOR，出现阻塞。直到第一个线程执行完，第二个线程 才恢复到RUNNING状态继续调用getInstance()方法

用 synchronized加锁时，在线程数量比较多的情况下，如果CPU分配压力上升，则会导致大批线程阻塞， 从而导致程序性能大幅下降。那么，有没有一种更好的方式，既能兼顾线程安全又能提升程序性能呢？ 答案是肯定的。我们来看双重检查锁的单例模式：

2.2 双重检查锁

 /**
  * 优点:性能高了，线程安全了
  * 缺点：可读性难度加大，不够优雅
  */
 public class LazyDoubleCheckSingleton {
     // volatile解决指令重排序
     private volatile static LazyDoubleCheckSingleton instance;
     private LazyDoubleCheckSingleton() {
     }
     public static LazyDoubleCheckSingleton getInstance() {
         //检查是否要阻塞，第一个instance == null是为了创建后不再走synchronized代码，提高效率。可以理解是个开关。创建后这个开关就关上，后面的代码就不用执行了。
         if (instance == null) {
             synchronized (LazyDoubleCheckSingleton.class) {
                 //检查是否要重新创建实例
                 if (instance == null) {
                     instance = new LazyDoubleCheckSingleton();
                     //指令重排序的问题
                     //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 instance;
     }
 }
 public class ExectorThread implements Runnable {
     public void run() {
         LazyDoubleCheckSingleton instance = LazyDoubleCheckSingleton.getInstance();
         System.out.println(Thread.currentThread().getName() + ":" + instance);
     }
 }
 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");
     }
 }

当第一个线程调用 getInstance()方法时，第二个线程也可以调用。当第一个线程执行到 synchronized时会上锁，第二个线程就会变成 MONITOR状态，出现阻塞。此时，阻塞并不是基于整 个LazySimpleSingleton类的阻塞，而是在getInstance()方法内部的阻塞，只要逻辑不太复杂，对于 调用者而言感知不到。
但是，用到 synchronized 关键字总归要上锁，对程序性能还是存在一定影响的。难道就真的没有更好的方案吗？当然有。我们可以从类初始化的角度来考虑，看下面的代码，采用静态内部类的方式：

2.3 静态内部类

 /*
   ClassPath : LazyStaticInnerClassSingleton.class
               LazyStaticInnerClassSingleton$LazyHolder.class
    优点：写法优雅，利用了Java本身语法特点，性能高，避免了内存浪费,不能被反射破坏
    缺点：不优雅
  */
 //这种形式兼顾饿汉式单例模式的内存浪费问题和 synchronized 的性能问题 
 //完美地屏蔽了这两个缺点
 //自认为史上最牛的单例模式的实现方式 
 public class LazyStaticInnerClassSingleton {
     //使用 LazyInnerClassGeneral 的时候，默认会先初始化内部类 
     //如果没使用，则内部类是不加载的
     private LazyStaticInnerClassSingleton(){
         // if(LazyHolder.INSTANCE != null){
         //     throw new RuntimeException("不允许非法创建多个实例");
         // }
     }
     //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 
     private static LazyStaticInnerClassSingleton getInstance(){
         //在返回结果以前，一定会先加载内部类 
         return LazyHolder.INSTANCE;
     }
     //默认不加载 
     private static class LazyHolder{
private static final LazyStaticInnerClassSingleton INSTANCE = new LazyStaticInnerClassSingleton();
     }
 }

这种方式兼顾了饿汉式单例模式的内存浪费问题和 synchronized 的性能问题。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。

内部类语法特性 ： 内部类用时才加载

4 反射破坏单例

 public class ReflectTest {
     public static void main(String[] args) {
         try {
             //在很无聊的情况下，进行破坏 
             Class<?> clazz = LazyStaticInnerClassSingleton.class;
             //通过反射获取私有的构造方法
             Constructor c = clazz.getDeclaredConstructor(null);
             //强制访问 
             c.setAccessible(true);
             //暴力初始化
             Object instance1 = c.newInstance();
             //调用了两次构造方法，相当于“new”了两次，犯了原则性错误 
             Object instance2 = c.newInstance();
             System.out.println(instance1);
             System.out.println(instance2);
             System.out.println(instance1 == instance2);
             // Enum
         }catch (Exception e){
             e.printStackTrace();
         }
     }
 }
 com.gupaoedu.vip.pattern.singleton.lazy.LazyStaticInnerClassSingleton@64cee07
 com.gupaoedu.vip.pattern.singleton.lazy.LazyStaticInnerClassSingleton@1761e840
 false

大家有没有发现，上面介绍的单例模式的构造方法除了加上 private 关键字，没有做任何处理。如 果我们使用反射来调用其构造方法，再调用 getInstance()方法，应该有两个不同的实例。现在来看一 段测试代码，以LazyInnerClassSingleton为例：
显然，创建了两个不同的实例。现在，我们在其构造方法中做一些限制，一旦出现多次重复创建， 则直接抛出异常。所以需要在私有构造方法添加异常：

     private LazyStaticInnerClassSingleton(){
         if(LazyHolder.INSTANCE != null){
             throw new RuntimeException("不允许非法创建多个实例");
         }
     }

5 序列化破坏单例（扩展知识）

一个单例对象创建好后，有时候需要将对象序列化然后写入磁盘，下次使用时再从磁盘中读取对象 并进行反序列化，将其转化为内存对象。反序列化后的对象会重新分配内存，即重新创建。如果序列化 的目标对象为单例对象，就违背了单例模式的初衷，相当于破坏了单例，来看一段代码：

 //反序列化导致破坏单例模式 
 public class SeriableSingleton implements Serializable {
     //序列化
     //把内存中对象的状态转换为字节码的形式
     //把字节码通过IO输出流，写到磁盘上
     //永久保存下来，持久化
     //反序列化
     //将持久化的字节码内容，通过IO输入流读到内存中来
     //转化成一个Java对象
     // 饿汉式
     public  final static SeriableSingleton INSTANCE = new SeriableSingleton();
     private SeriableSingleton(){}
     public static SeriableSingleton getInstance(){
         return INSTANCE;
     }
     // private Object readResolve(){ return INSTANCE;}
 }
 public class SeriableSingletonTest {
     public static void main(String[] args) {
         SeriableSingleton s1 = null;
         SeriableSingleton s2 = SeriableSingleton.getInstance();
         FileOutputStream fos = null;
         try {
             fos = new FileOutputStream("SeriableSingleton.obj");
             ObjectOutputStream oos = new ObjectOutputStream(fos);
             oos.writeObject(s2);
             oos.flush();
             oos.close();
             FileInputStream fis = new FileInputStream("SeriableSingleton.obj");
             ObjectInputStream ois = new ObjectInputStream(fis);
             s1 = (SeriableSingleton)ois.readObject();
             ois.close();
             System.out.println(s1);
             System.out.println(s2);
             System.out.println(s1 == s2);
         } catch (Exception e) {
             e.printStackTrace();
         }
     }
 }
 打印结果：
 com.gupaoedu.vip.pattern.singleton.seriable.SeriableSingleton@68837a77
 com.gupaoedu.vip.pattern.singleton.seriable.SeriableSingleton@4b6995df
 false

从运行结果可以看出，反序列化后的对象和手动创建的对象是不一致的，实例化了两次，违背了单 例模式的设计初衷。那么，我们如何保证在序列化的情况下也能够实现单例模式呢？其实很简单，只需 要增加readResolve()方法即可。
再看运行结果，如下图所示。

 com.gupaoedu.vip.pattern.singleton.seriable.SeriableSingleton@4b6995df
 com.gupaoedu.vip.pattern.singleton.seriable.SeriableSingleton@4b6995df
 true

大家一定会想：这是什么原因呢？为什么要这样写？看上去很神奇的样子，也让人有些费解。不如 我们一起来看看JDK的源码实现以了解清楚。我们进入ObjectInputStream类的readObject()方法， 代码如下：

 public final Object readObject()
         throws IOException, ClassNotFoundException
     {
         if (enableOverride) {
             return readObjectOverride();
         }
         // if nested read, passHandle contains handle of enclosing object
         int outerHandle = passHandle;
         try {
             Object obj = readObject0(false);
             handles.markDependency(outerHandle, passHandle);
             ClassNotFoundException ex = handles.lookupException(passHandle);
             if (ex != null) {
                 throw ex;
             }
             if (depth == 0) {
                 vlist.doCallbacks();
             }
             return obj;
         } finally {
             passHandle = outerHandle;
             if (closed && depth == 0) {
                 clear();
             }
         }
     }

我们发现，在readObject()方法中又调用了重写的readObject0()方法。进入readObject0()方法， 代码如下：

 private Object readObject0(boolean unshared) throws IOException {
     ...
     case TC_OBJECT:
         return checkResolve(readOrdinaryObject(unshared));
     ...
 }

我们看到TC_OBJECT中调用了ObjectInputStream的readOrdinaryObject()方法，看源码：

     private Object readOrdinaryObject(boolean unshared)
         throws IOException
     {
         if (bin.readByte() != TC_OBJECT) {
             throw new InternalError();
         }
         ObjectStreamClass desc = readClassDesc(false);
         desc.checkDeserialize();
         Class<?> cl = desc.forClass();
         if (cl == String.class || cl == Class.class
                 || cl == ObjectStreamClass.class) {
             throw new InvalidClassException("invalid class descriptor");
         }
         Object obj;
         try {
             obj = desc.isInstantiable() ? desc.newInstance() : null;
         } catch (Exception ex) {
             throw (IOException) new InvalidClassException(
                 desc.forClass().getName(),
                 "unable to create instance").initCause(ex);
         }
         ...
         return obj;
     }

我们发现调用了ObjectStreamClass的isInstantiable()方法，而isInstantiable()方法的代码如下：

     boolean isInstantiable() {
         requireInitialized();
         return (cons != null);
     }

上述代码非常简单，就是判断一下构造方法是否为空，构造方法不为空就返回true。这意味着只要 有无参构造方法就会实例化。
这时候其实还没有找到加上 readResolve()方法就避免了单例模式被破坏的真正原因。再回到 ObjectInputStream的readOrdinaryObject()方法，继续往下看：

     private Object readOrdinaryObject(boolean unshared)
         throws IOException
     {
         if (bin.readByte() != TC_OBJECT) {
             throw new InternalError();
         }
         ObjectStreamClass desc = readClassDesc(false);
         desc.checkDeserialize();
         Class<?> cl = desc.forClass();
         if (cl == String.class || cl == Class.class
                 || cl == ObjectStreamClass.class) {
             throw new InvalidClassException("invalid class descriptor");
         }
         Object obj;
         try {
             obj = desc.isInstantiable() ? desc.newInstance() : null;
         } catch (Exception ex) {
             throw (IOException) new InvalidClassException(
                 desc.forClass().getName(),
                 "unable to create instance").initCause(ex);
         }
         ...
         if (obj != null &&
             handles.lookupException(passHandle) == null &&
             desc.hasReadResolveMethod())
         {
             Object rep = desc.invokeReadResolve(obj);
             if (unshared && rep.getClass().isArray()) {
                 rep = cloneArray(rep);
             }
             if (rep != obj) {
                 // Filter the replacement object
                 if (rep != null) {
                     if (rep.getClass().isArray()) {
                         filterCheck(rep.getClass(), Array.getLength(rep));
                     } else {
                         filterCheck(rep.getClass(), -1);
                     }
                 }
                 handles.setObject(passHandle, obj = rep);
             }
         }
         return obj;
     }

判断无参构造方法是否存在之后，又调用了hasReadResolveMethod()方法，来看代码：

     boolean hasReadResolveMethod() {
         requireInitialized();
         return (readResolveMethod != null);
     }

上述代码逻辑非常简单，就是判断 readResolveMethod 是否为空，不为空就返回 true。那么 readResolveMethod是在哪里赋值的呢？通过全局查找知道，在私有方法 ObjectStreamClass()中给 readResolveMethod进行了赋值，来看代码：

     private final void requireInitialized() {
         if (!initialized)
             throw new InternalError("Unexpected call when not initialized");
     }

上面的逻辑其实就是通过反射找到一个无参的 readResolve()方法，并且保存下来。现在回到 ObjectInputStream 的 readOrdinaryObject()方法继续往下看，如果 readResolve()方法存在则调用 invokeReadResolve()方法，来看代码：

     Object invokeReadResolve(Object obj)
         throws IOException, UnsupportedOperationException
     {
         requireInitialized();
         if (readResolveMethod != null) {
             try {
                 return readResolveMethod.invoke(obj, (Object[]) null);
             } catch (InvocationTargetException ex) {
                 Throwable th = ex.getTargetException();
                 if (th instanceof ObjectStreamException) {
                     throw (ObjectStreamException) th;
                 } else {
                     throwMiscException(th);
                     throw new InternalError(th);  // never reached
                 }
             } catch (IllegalAccessException ex) {
                 // should not occur, as access checks have been suppressed
                 throw new InternalError(ex);
             }
         } else {
             throw new UnsupportedOperationException();
         }
     }

我们可以看到，在invokeReadResolve()方法中用反射调用了readResolveMethod方法。
通过JDK源码分析我们可以看出，虽然增加 readResolve()方法返回实例解决了单例模式被破坏的 问题，但是实际上实例化了两次，只不过新创建的对象没有被返回而已。如果创建对象的动作发生频率加快，就意味着内存分配开销也会随之增大，难道真的就没办法从根本上解决问题吗？下面讲的注册式单例也许能帮助到你。

为什么添加了 **readResolve()**方法就可以了?
ObjectInputStream源码中，读取文件时写死判断是否有readResolve()方法，有调用这个方法，没有则重新创建对象。

6 注册式单例模式

将每一个实例都缓存到统一的容器中，使用唯一表示获取实例。
注册式单例模式又称为登记式单例模式，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。注册式单例模式有两种：一种为枚举式单例模式，另一种为容器式单例模式。

6.1 枚举式单例模式

先来看枚举式单例模式的写法，来看代码，创建EnumSingleton类：

 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;}
 }

来看测试代码：

public class EnumSingletonTest {
    public static void main(String[] args) {
        try {
            EnumSingleton instance1 = null;
            EnumSingleton instance2 = EnumSingleton.getInstance();
            instance2.setData(new Object());
            FileOutputStream fos = new FileOutputStream("EnumSingleton.obj");
            ObjectOutputStream oos = new ObjectOutputStream(fos);
            oos.writeObject(instance2);
            oos.flush();
            oos.close();
            FileInputStream fis = new FileInputStream("EnumSingleton.obj");
            ObjectInputStream ois = new ObjectInputStream(fis);
            instance1 = (EnumSingleton) ois.readObject();
            ois.close();
            System.out.println(instance1.getData());
            System.out.println(instance2.getData());
            System.out.println(instance1.getData() == instance2.getData());
        } catch (Exception e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
}
 java.lang.Object@2acf57e3
 java.lang.Object@2acf57e3
 true

没有做任何处理，我们发现运行结果和预期的一样。那么枚举式单例模式如此神奇，它的神秘之处 在哪里体现呢？下面通过分析源码来揭开它的神秘面纱。
下载一个非常好用的 Java反编译工具 Jad（下载地址：https://varaneckas.com/jad/），解压后 配置好环境变量（这里不做详细介绍），就可以使用命令行调用了。找到工程所在的Class目录，复制 EnumSingleton.class 所在的路径，如下图所示。
然后切换到命令行，切换到工程所在的Class目录，输入命令 jad 并在后面输入复制好的路径，在 Class 目录下会多出一个 EnumSingleton.jad 文件。打开 EnumSingleton.jad 文件我们惊奇地发现有 如下代码：

 static { 
     INSTANCE = new EnumSingleton("INSTANCE", 0); 
     $VALUES = (new EnumSingleton[] { 
         INSTANCE 
     }); 
 }

原来，枚举式单例模式在静态代码块中就给INSTANCE进行了赋值，是饿汉式单例模式的实现。至 此，我们还可以试想，序列化能否破坏枚举式单例模式呢？不妨再来看一下 JDK 源码，还是回到 ObjectInputStream的readObject0()方法：

     private Object readObject0(boolean unshared) throws IOException {
         ...
         case TC_ENUM:
             return checkResolve(readEnum(unshared));
         ...
     }

我们看到，在readObject0()中调用了readEnum()方法，来看readEnum()方法的代码实现：

     private Enum<?> readEnum(boolean unshared) throws IOException {
         if (bin.readByte() != TC_ENUM) {
             throw new InternalError();
         }
         ObjectStreamClass desc = readClassDesc(false);
         if (!desc.isEnum()) {
             throw new InvalidClassException("non-enum class: " + desc);
         }
         int enumHandle = handles.assign(unshared ? unsharedMarker : null);
         ClassNotFoundException resolveEx = desc.getResolveException();
         if (resolveEx != null) {
             handles.markException(enumHandle, resolveEx);
         }
         String name = readString(false);
         Enum<?> result = null;
         Class<?> cl = desc.forClass();
         if (cl != null) {
             try {
                 @SuppressWarnings("unchecked")
                 Enum<?> en = Enum.valueOf((Class)cl, name);
                 result = en;
             } catch (IllegalArgumentException ex) {
                 throw (IOException) new InvalidObjectException(
                     "enum constant " + name + " does not exist in " +
                     cl).initCause(ex);
             }
             if (!unshared) {
                 handles.setObject(enumHandle, result);
             }
         }
         handles.finish(enumHandle);
         passHandle = enumHandle;
         return result;
     }

我们发现，枚举类型其实通过类名和类对象类找到一个唯一的枚举对象。因此，枚举对象不可能被 类加载器加载多次。那么反射是否能破坏枚举式单例模式呢？来看一段测试代码：

     public static void main(String[] args) {
         try {
             Class clazz = EnumSingleton.class;
             Constructor c = clazz.getDeclaredConstructor();
             c.newInstance();
         } catch (Exception e) {
             e.printStackTrace();
         }
     }

结果中报的是 java.lang.NoSuchMethodException异常，意思是没找到无参的构造方法。这时候， 我们打开 java.lang.Enum的源码，查看它的构造方法，只有一个protected类型的构造方法，代码如 下：

     protected Enum(String name, int ordinal) {
         this.name = name;
         this.ordinal = ordinal;
     }

我们再来做一个下面这样的测试：

     public static void main(String[] args) {
         try {
             Class clazz = EnumSingleton.class;
             Constructor c = clazz.getDeclaredConstructor(String.class, int.class);
             c.setAccessible(true);
             EnumSingleton enumSingleton = (EnumSingleton) c.newInstance("Tom", 666);
         } catch (Exception e) {
             e.printStackTrace();
         }
     }

这时错误已经非常明显了，“Cannot reflectively create enum objects”，即不能用反射来创建 枚举类型。还是习惯性地想来看看JDK源码，进入Constructor的newInstance()方法：

     @CallerSensitive
     public T newInstance(Object ... initargs)
         throws InstantiationException, IllegalAccessException,
                IllegalArgumentException, InvocationTargetException
     {
         if (!override) {
             if (!Reflection.quickCheckMemberAccess(clazz, modifiers)) {
                 Class<?> caller = Reflection.getCallerClass();
                 checkAccess(caller, clazz, null, modifiers);
             }
         }
         if ((clazz.getModifiers() & Modifier.ENUM) != 0)
             throw new IllegalArgumentException("Cannot reflectively create enum objects");
         ConstructorAccessor ca = constructorAccessor;   // read volatile
         if (ca == null) {
             ca = acquireConstructorAccessor();
         }
         @SuppressWarnings("unchecked")
         T inst = (T) ca.newInstance(initargs);
         return inst;
     }

从上述代码可以看到，在 newInstance()方法中做了强制性的判断，如果修饰符是Modifier.ENUM 枚举类型，则直接抛出异常。
到此为止，我们是不是已经非常清晰明了呢？枚举式单例模式也是《EffectiveJava》书中推荐的一种单例模式实现写法。JDK枚举的语法特殊性及反射也为枚举保驾护航，让枚举式单例模式成为一种比 较优雅的实现。
枚举源码

java.lang.Enum通过valueOf获得值

     public static <T extends Enum<T>> T valueOf(Class<T> enumType,
                                                 String name) {
         T result = enumType.enumConstantDirectory().get(name);
         if (result != null)
             return result;
         if (name == null)
             throw new NullPointerException("Name is null");
         throw new IllegalArgumentException(
             "No enum constant " + enumType.getCanonicalName() + "." + name);
     }
     Map<String, T> enumConstantDirectory() {
         if (enumConstantDirectory == null) {
             T[] universe = getEnumConstantsShared();
             if (universe == null)
                 throw new IllegalArgumentException(
                     getName() + " is not an enum type");
             Map<String, T> m = new HashMap<>(2 * universe.length);
             for (T constant : universe)
                 m.put(((Enum<?>)constant).name(), constant);
             enumConstantDirectory = m;
         }
         return enumConstantDirectory;
     }
     private volatile transient Map<String, T> enumConstantDirectory = null;

枚举模式的实例天然具有线程安全性，防止序列化与反射的特性。

有点像饿汉式单例。创建时就将常量存放在map容器中。
优点：写法优雅。加载时就创建对象。线程安全。
缺点：不能大批量创建对象，否则会造成浪费。spring中不能使用它。
结论：如果不是特别重的对象，建议使用枚举单例模式，它是JVM天然的单例。

6.2 容器式单例

Spring改良枚举写出的改良方法：IOC容器
接下来看注册式单例模式的另一种写法，即容器式单例模式，创建ContainerSingleton类：

 public class ContainerSingleton {
     private ContainerSingleton(){}
     private static Map<String,Object> ioc = new ConcurrentHashMap<String, Object>();
     public static Object getInstance(String className){
         Object instance = null;
         if(!ioc.containsKey(className)){
             try {
                 instance = Class.forName(className).newInstance();
                 ioc.put(className, instance);
             }catch (Exception e){
                 e.printStackTrace();
             }
             return instance;
         }else{
             return ioc.get(className);
         }
     }
 }

测试

 public class ContainerSingletonTest {
     public static void main(String[] args) {
         Object instance1 = ContainerSingleton.getInstance("com.gupaoedu.vip.pattern.singleton.test.Pojo");
         Object instance2 = ContainerSingleton.getInstance("com.gupaoedu.vip.pattern.singleton.test.Pojo");
         System.out.println(instance1 == instance2);
     }
 }

结果

 true

容器式单例模式适用于实例非常多的情况，便于管理。但它是非线程安全的。到此，注册式单例模式介绍完毕。我们再来看看Spring中的容器式单例模式的实现代码：

 public abstract class AbstractAutowireCapableBeanFactory extends AbstractBeanFactory
         implements AutowireCapableBeanFactory {
     /** Cache of unfinished FactoryBean instances: FactoryBean name --> BeanWrapper */
     private final Map<String, BeanWrapper> factoryBeanInstanceCache =
             new ConcurrentHashMap<String, BeanWrapper>(16);
 }

容器为啥不能被反射破坏？秩序的维护者，创造了一个生态

7 线程单例实现ThreadLocal

最后赠送给大家一个彩蛋，讲讲线程单例实现 ThreadLocal。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，天生是线程安全的。下面来看代码：

 public class ThreadLocalSingleton {
     private static final ThreadLocal<ThreadLocalSingleton> threadLocaLInstance =
             new ThreadLocal<ThreadLocalSingleton>(){
                 @Override
                 protected ThreadLocalSingleton initialValue() {
                     return new ThreadLocalSingleton();
                 }
             };
     private ThreadLocalSingleton(){}
     public static ThreadLocalSingleton getInstance(){
         return threadLocaLInstance.get();
     }
 }

写一下测试代码：

 public class ThreadLocalSingletonTest {
     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");
     }
 }

运行结果如下图所示。

 com.vip.pattern.singleton.threadlocal.ThreadLocalSingleton@1761e840
 com.vip.pattern.singleton.threadlocal.ThreadLocalSingleton@1761e840
 com.vip.pattern.singleton.threadlocal.ThreadLocalSingleton@1761e840
 com.vip.pattern.singleton.threadlocal.ThreadLocalSingleton@1761e840
 com.vip.pattern.singleton.threadlocal.ThreadLocalSingleton@1761e840
 End
 Thread-0:com.vip.pattern.singleton.lazy.LazyDoubleCheckSingleton@551f86f1
 Thread-1:com.vip.pattern.singleton.lazy.LazyDoubleCheckSingleton@551f86f1

我们发现，在主线程中无论调用多少次，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。那么 ThreadLocal是如何实现这样的效果的呢？我们知道，单例模式为了达到线程安全 的目的，会给方法上锁，以时间换空间。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隔离的。

不是线程作为key，而是threadlocal本身。

ThreadLocal源码

 public T get() {
     Thread t = Thread.currentThread();
     ThreadLocalMap map = getMap(t);
     if (map != null) {
         ThreadLocalMap.Entry e = map.getEntry(this);
         if (e != null) {
             @SuppressWarnings("unchecked")
             T result = (T)e.value;
             return result;
         }
     }
     return setInitialValue();
 }

8 AbstractFactoryBean源码

AbstractFactoryBean

     public final T getObject() throws Exception {
         if (isSingleton()) {
             return (this.initialized ? this.singletonInstance : getEarlySingletonInstance());
         }
         else {
             return createInstance();
         }
     }
     private T getEarlySingletonInstance() throws Exception {
         Class[] ifcs = getEarlySingletonInterfaces();
         if (ifcs == null) {
             throw new FactoryBeanNotInitializedException(
                     getClass().getName() + " does not support circular references");
         }
         if (this.earlySingletonInstance == null) {
             this.earlySingletonInstance = (T) Proxy.newProxyInstance(
                     this.beanClassLoader, ifcs, new EarlySingletonInvocationHandler());
         }
         return this.earlySingletonInstance;
     }

MyBatis的ErrorContext使用了ThreadLocal

 public class ErrorContext {
   private static final ThreadLocal<ErrorContext> LOCAL = new ThreadLocal<>();
   private ErrorContext() {
   }
   public static ErrorContext instance() {
     ErrorContext context = LOCAL.get();
     if (context == null) {
       context = new ErrorContext();
       LOCAL.set(context);
     }
     return context;
   }
 }

9 单例模式小结

单例模式优点：

1. 在内存中只有一个实例，减少了内存开销。
2. 可以避免资源的多重占用。
3. 设置全局访问点，严格控制访问。

单例模式的缺点：

1. 没有接口，扩展困难。
2. 如果要扩展单例对象，只有修改代码，没有其他途径。

学习单例模式的知识重点总结

1. 私有化构造器
2. 保证线程安全
   单例模式可以保证内存里只有一个实例，减少了内存的开销，还可以避免对资源的多重占用。单例模式看起来非常简单，实现起来其实也非常简单，但是在面试中却是一个高频面试点。。