單例模式

單例模式（Singleton Pattern）是 Java 中最簡單的設計模式之一。這種類型的設計模式屬於建立型模式，它提供了一種建立對象的最佳方式。

這種模式涉及到一個單一的類，該類負責建立本身的對象，同時確保只有單個對象被建立。這個類提供了一種訪問其惟一的對象的方式，能夠直接訪問，不須要實例化該類的對象。

單例模式（Singleton）：保證一個類僅有一個實例，並提供一個訪問它的全局訪問點。

 

單例模式（Singleton）結構圖

單例模式的幾種實現方法

一、懶漢式，線程不安全

是否 （延遲）Lazy 初始化：是

是否多線程安全：否

描述：這種方式是最基本的實現方式，這種實現最大的問題就是不支持多線程。由於沒有加鎖 synchronized，因此嚴格意義上它並不算單例模式。
這種方式 lazy loading 很明顯，不要求線程安全，在多線程不能正常工做。

public class LazySingleton {
    private static LazySingleton instance;
    private LazySingleton(){ };

    public static LazySingleton getInstance(){
        if(instance == null){
            instance = new LazySingleton();
        }
            return instance;
    }
}

二、懶漢式，線程安全

是否 Lazy 初始化：是

是否多線程安全：是

實現難度：易

描述：這種方式具有很好的 lazy loading，可以在多線程中很好的工做，可是，效率很低，99% 狀況下不須要同步。
優勢：第一次調用才初始化，避免內存浪費。
缺點：必須加鎖 synchronized 才能保證單例，但加鎖會影響效率。
getInstance() 的性能對應用程序不是很關鍵（該方法使用不太頻繁）。

public class syLazySingleton {
    private static syLazySingleton instance;
    private syLazySingleton (){}
    public static synchronized syLazySingleton getInstance() {
        if (instance == null) {
            instance = new syLazySingleton();
        }
        return instance;
    }
}

三、餓漢式

是否 Lazy 初始化：否

是否多線程安全：是

描述：在類加載時就初始化建立單例對象，線程安全，但不論是否使用都建立對象可能會浪費內存。

優勢：沒有加鎖，執行效率會提升。
缺點：類加載時就初始化，浪費內存。
它基於 classloader 機制避免了多線程的同步問題，不過，instance 在類裝載時就實例化，雖然致使類裝載的緣由有不少種，在單例模式中大多數都是調用 getInstance 方法， 可是也不能肯定有其餘的方式（或者其餘的靜態方法）致使類裝載，這時候初始化 instance 顯然沒有達到 lazy loading 的效果。

public class HungrySingleton {
    private HungrySingleton() { }

    private static HungrySingleton instance = new HungrySingleton();

    public static HungrySingleton getInstance(){
        return instance;
    }
}

四、雙檢鎖/雙重校驗鎖（DCL，即 double-checked locking）

JDK 版本：JDK1.5 起

是否 Lazy 初始化：是

是否多線程安全：是

描述：這種方式採用雙鎖機制，安全且在多線程狀況下能保持高性能。

使用 volatile 以及多重檢查來減少鎖範圍，提高效率。getInstance() 的性能對應用程序很關鍵。

public class DoubleCheckSingleton {
    private volatile static DoubleCheckSingleton instance;
    private DoubleCheckSingleton(){ };

    public static DoubleCheckSingleton getInstance(){
        if(instance == null){
            synchronized (DoubleCheckSingleton.class){
                if (instance == null){
                    instance = new DoubleCheckSingleton();
                }
            }
        }
        return instance;
    }
}

五、登記式/靜態內部類

是否 Lazy 初始化：是

是否多線程安全：是

描述：這種方式能達到雙檢鎖方式同樣的功效，但實現更簡單。對靜態域使用延遲初始化，應使用這種方式而不是雙檢鎖方式。這種方式只適用於靜態域的狀況，雙檢鎖方式可在實例域須要延遲初始化時使用。
這種方式一樣利用了 classloader 機制來保證初始化 instance 時只有一個線程，它跟第 3 種方式不一樣的是：第 3 種方式只要 Singleton 類被裝載了，那麼 instance 就會被實例化（沒有達到 lazy loading 效果），而這種方式是 Singleton 類被裝載了，instance 不必定被初始化。由於 SingletonHolder 類沒有被主動使用，只有經過顯式調用 getInstance 方法時，纔會顯式裝載 SingletonHolder 類，從而實例化 instance。想象一下，若是實例化 instance 很消耗資源，因此想讓它延遲加載，另一方面，又不但願在 Singleton 類加載時就實例化，由於不能確保 Singleton 類還可能在其餘的地方被主動使用從而被加載，那麼這個時候實例化 instance 顯然是不合適的。這個時候，這種方式相比第 3 種方式就顯得很合理。

public class StaticSingleton {
    private StaticSingleton(){};
    
    public static StaticSingleton getInstance(){
        return StaticClass.instance;
    }

    private static class StaticClass{
        public static final StaticSingleton instance = new StaticSingleton();
    }

}

六、枚舉

JDK 版本：JDK1.5 起

是否 Lazy 初始化：否

描述：這是實現單例模式的最佳方法。它更簡潔，自動支持序列化機制，絕對防止屢次實例化。
這種方式是 Effective Java 做者 Josh Bloch 提倡的方式，它不只能避免多線程同步問題，並且還自動支持序列化機制，防止反序列化從新建立新的對象，絕對防止屢次實例化。
不能經過 reflection attack 來調用私有構造方法。

public enum  EnumSingleton {
    INSTANCE;
}

通常狀況下，不建議使用第 1 種和第 2 種懶漢方式，建議使用第 3 種餓漢方式。只有在要明確實現 lazy loading 效果時，纔會使用第 5 種靜態內部類方式。若是涉及到反序列化建立對象時，能夠嘗試使用第 6 種枚舉方式。若是有其餘特殊的需求，能夠考慮使用第 4 種雙檢鎖方式。