概念

单例模式是指一个类只有一个实例对象, 且该类能自行创建这个实例的一种模式.

该模式的特点为:

单例类只有一个实例对象
该单例对象必须由单例类自行创建
单例类对外提供一个访问该单例的全局访问点

单例模式的优缺点:

优点: 在内存里只有一个实例, 减少了内存的开销,尤其是频繁的创建和销毁单例.

缺点: 没有接口, 不能继承, 与单一职责原则冲突,一个类应该只关心内部逻辑,而不关心外面怎么样来实例.

实现

单例模式的实现有多种形式, 下面列出基本的实现方式

1. 懒汉式(非线程安全)

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public class Singleton {
    // 自己创建自己的实例
    private static Singleton instance = null;
    // 私有的构造函数
    private Singleton() { }
    // 向其他对象提供这一实例
    public static Singleton getInstance() {
        if (instance == null) {
            instance = new Singleton();
        }
        return singleton;
    }
}

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。

2. 懒汉式(双重检验锁)

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public class Singleton {
    // 使用volatile修饰
    private volatile static Singleton instance = null;
    
    private Singleton() { }
    public static Singleton getInstance() {
        if (instance == null) {
            // 对该对象加锁
            synchronized (Singleton.class) {
                if (instance ==  null) {
                    instance = new Singleton();
                }
            }
        }
        return singleton;
    }
}

这种单例模式主要解决懒汉式单例的线程不安全的问题, 用了 synchronized 加锁, 所以性能会有所消耗.

3. 饿汉式

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public class Singleton {
    // 自己创建自己的实例
    private static Singleton singleton = new Singleton();
    // 私有的构造函数
    private Singleton() { }
    // 向其他对象提供这一实例
    public static Singleton getInstance() {
        return singleton;
    }
}

优点: 没有加如何的锁, 执行效率比较高, 在用户体验方面比懒汉式更好

缺点: 类加载的时候就初始化, 不管用与不用都占用着空间, 浪费了内存, 有可能初始化后不使用

4. 内部静态类

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public class Singleton {
	private static class SingletonHolder {
        private static final Singleton INSTANCE = new Singleton();
    }
    // 私有的构造函数
    private Singleton() { }
    // 向其他对象提供这一实例
    public static Singleton getInstance() {
        return SingletonHolder.INSTANCE;
    }
}

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。

5. 枚举

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 public enum Singleton {
    INSTANCE;
     // 方法
	public void whateverMethod() {  
        
    } 
}
// 调用时直接使用 Singleton.INSTANCE.whateverMethod(); 即可

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。

参考资料

https://www.runoob.com/design-pattern/singleton-pattern.html

设计模式之单例模式

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