[ Java ] 单例模式的八种实现方式

来源：尚硅谷 Java 设计模式

单例模式的八种实现方式

一、饿汉式（静态常量）
二、饿汉式（静态代码块）
三、懒汉式（线程不安全）
四、懒汉式（线程安全，同步方法）
五、懒汉式
六、双重检查
七、静态内部类
八、枚举

单例设计模式，就是采取一定的方法保证在整个的软件系统中，对某个类
只能存在一个对象实例，并且该类只提供一个取得其对象实例的方法（静态方法）。

一、饿汉式（静态常量）

优点：在类装载的时候就完成实例化。避免了线程同步问题。
缺点：在类装载的时候就完成实例化，没有达到Lazy Loading的效果。如果从始至终从未使用过这个实例，则会造成内存的浪费
这种方式基于classloder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，在单例模式中大多数都是调用getInstance方法，但是导致类装载的原因有很多种，因此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就没有达到lazy loading的效果
代码实现

public class Test {
    public static void main(String[] args) {
        Singleton singleton = Singleton.getInstance();
        Singleton singleton1 = Singleton.getInstance();
        System.out.println(singleton.hashCode());
        System.out.println(singleton1.hashCode());
    }
}

class Singleton{
    // 构造器私有化，外部不能 new
    private Singleton(){

    }
    // 本类内部创建对象实例
    private final static Singleton instance = new Singleton();
    // 公有静态方法，返回对象实例
    public static Singleton getInstance(){
        return instance;
    }
}

二、饿汉式（静态代码块）

这种方式和上面的方式其实类似，只不过将类实例化的过程放在了静态代码块中，也是在类装载的时候，就执行静态代码块中的代码，初始化类的实例。优缺点和上面是一样的。
代码实现

class Singleton{
    // 构造器私有化，外部不能 new
    private Singleton(){}
    // 本类内部声明对象实例
    private final static Singleton instance;
    // 在静态代码块中创建单例对象
    static {
        instance = new Singleton();
    }
    // 公有静态方法，返回对象实例
    public static Singleton getInstance(){
        return instance;
    }
}

三、懒汉式（线程不安全）

起到了Lazy Loading的效果，但是只能在单线程下使用。
如果在多线程下，一个线程进入了if (singleton == null)判断语句块，还未来得及往下执行，另一个线程也通过了这个判断语句，这时便会产生多个实例。所以在多线程环境下不可使用这种方式
结论：在实际开发中，不能使用这种方式.
代码实现

class Singleton{
    // 本类内部声明对象实例
    private static Singleton instance;

    // 构造器私有化，外部不能 new
    private Singleton(){}

    // 公有静态方法，返回对象实例
    // 当使用该方法时，才去创建 instance
    public static Singleton getInstance(){
        if (instance == null){
            instance = new Singleton();
        }
        return instance;
    }
}

四、懒汉式（线程安全，同步方法）

解决了线程不安全问题
效率太低，每个线程在想获得类的实例时候，执行getInstance()方法都要进行同步。而其实这个方法只执行一次实例化代码就够了，后面的想获得该类实例，.直接return就行了。方法进行同步效率太低
结论：在实际开发中，不推荐使用这种方式
代码实现

class Singleton{
    // 本类内部声明对象实例
    private static Singleton instance;

    // 构造器私有化，外部不能 new
    private Singleton(){}

    // 公有静态方法，加入同步处理的代码，解决线程安全问题
    // 当使用该方法时，才去创建 instance
    public static synchronized Singleton getInstance(){
        if (instance == null){
            instance = new Singleton();
        }
        return instance;
    }
}

五、懒汉式

这种方式，本意是想对第四种实现方式的改进，因为前面同步方法效率太低，改为同步产生实例化的的代码块
但是这种同步并不能起到线程同步的作用。跟第3种实现方式遇到的情形一致，假如一个线程进入了if (singleton == null)判断语句块，还未来得及往下执行，另一个线程也通过了这个判断语句，这时便会产生多个实例
结论：在实际开发中，不能使用这种方式
代码实现

class Singleton{
    // 本类内部声明对象实例
    private static Singleton instance;

    // 构造器私有化，外部不能 new
    private Singleton(){}

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

六、双重检查

Double-Check概念是多线程开发中常使用到的，如代码中所示，我们进行了两次if (singleton == null)检查，这样就可以保证线程安全了。
这样，实例化代码只用执行一-次，后面再次访问时，判断if (singleton == null)，直接return实例化对象，也避免的反复进行方法同步.
线程安全，延迟加载，效率较高
在实际开发中，推荐使用这种方式实现单例设计模式
代码实现

class Singleton{
    // 本类内部声明对象实例
    private static volatile Singleton instance;

    // 构造器私有化，外部不能 new
    private Singleton(){}

    // 静态公有方法，加入双重检查代码
    // 解决线程安全问题，同时解决懒加载问题
    public static synchronized Singleton getInstance(){
        if (instance == null){
            synchronized (Singleton.class){
                if(instance == null){
                    instance = new Singleton();
                }
            }
        }
        return instance;
    }
}

七、静态内部类

这种方式采用了类装载的机制来保证初始化实例时只有-一个线程。
静态内部类万式在Singleton类被装载时并不会立即实例化，而是在需要实例化时，调用getInstance方法，才会装载SingletonInstance类，从而完成Singleton的实例化。
类的静态属性只会在第-次加载类的时候初始化，所以在这里，JVM帮助我们保证了线程的安全性，在类进行初始化时，别的线程是无法进入的。
优点：避免了线程不安全，利用静态内部类特点实现延迟加载，效率高
结论：推荐使用.
代码实现

class Singleton {
    // 构造器私有化，外部不能 new
    private Singleton() {
    }

    // 静态内部类，该类中有一个静态属性
    private static class SingletonInstance {
        private static final Singleton INSTANCE = new Singleton();
    }

    public static Singleton getInstance() {
        return SingletonInstance.INSTANCE;
    }
    /**
     * 说明：
     *  JVM 在装载类时，是线程安全的
     *  在装载 Singleton 时，不会同时装载 SingletonInstance
     */
}

八、枚举

这借助JDK1.5中添加的枚举来实现单例模式。不仅能避免多线程同步问题，而且还能防止反序列化重新创建新的对象。
这种方式是《Effectivt Java》作者 Josh Bloch 提倡的方式
推荐使用
代码实现

public class Test {
    public static void main(String[] args) {
        Singleton singleton = Singleton.INSTANCE;
        Singleton singleton1 = Singleton.INSTANCE;
        System.out.println(singleton.hashCode());
        System.out.println(singleton1.hashCode());
        singleton.say();
    }
}

enum Singleton{
    INSTANCE;
    public void say(){
        System.out.println("hello");
    }
}

单例模式注意事项和细节说明:

单例模式保证了系统内存中该类只存在一个对象，节省了系统资源，对于一些需要频繁创建销毁的对象，使用单例模式可以提高系统性能。
当想实例化一个单例类的时候，必须要记住使用相应的获取对象的方法，而不是使用new
单例模式使用的场景：需要频繁的进行创建和销毁的对象、创建对象时耗时过多或耗费资源过多(即:重量级对象)，但又经常用到的对象、工具类对象、频繁访问数据库或文件的对象（比如数据源,session工厂等）