单例模式（Singleton Pattern）：确保一个类有且只有一个实例，并提供一个全局访问点。
懒汉式-线程不安全
以下实现中，私有静态变量 uniqueInstance 被延迟实例化，这样做的好处是，如果没有用到该类，那么就不会实例化 uniqueInstance，从而节约资源。这个实现在多线程环境下是不安全的，如果多个线程能够同时进入 if (uniqueInstance == null) ，并且此时 uniqueInstance 为 null，那么会有多个线程执行 uniqueInstance = new Singleton(); 语句，这将导致多次实例化 uniqueInstance。
public class Singleton {
private static Singleton uniqueInstance;
private Singleton() {
}
public static Singleton getUniqueInstance() {
if (uniqueInstance == null) {
uniqueInstance = new Singleton();
}
return uniqueInstance;
}
}
饿汉式-线程安全
线程不安全问题主要是由于 uniqueInstance 被多次实例化，采取直接实例化 uniqueInstance 的方式就不会产生线程不安全问题。但是直接实例化的方式也丢失了延迟实例化带来的节约资源的好处。
private static Singleton uniqueInstance = new Singleton();
懒汉式-线程安全
只需要对 getUniqueInstance() 方法加锁，那么在一个时间点只能有一个线程能够进入该方法，从而避免了多次实例化 uniqueInstance 的问题。但是当一个线程进入该方法之后，其它试图进入该方法的线程都必须等待，因此性能上有一定的损耗。
public static synchronized Singleton getUniqueInstance() {
if (uniqueInstance == null) {
uniqueInstance = new Singleton();
}
return uniqueInstance;
}
双重校验锁-线程安全
uniqueInstance 只需要被实例化一次，之后就可以直接使用了。加锁操作只需要对实例化那部分的代码进行，只有当 uniqueInstance 没有被实例化时，才需要进行加锁。双重校验锁先判断 uniqueInstance 是否已经被实例化，如果没有被实例化，那么才对实例化语句进行加锁。
public class Singleton {
private volatile static Singleton uniqueInstance;
private Singleton() {
}
public static Singleton getUniqueInstance() {
if (uniqueInstance == null) {
synchronized (Singleton.class) {
if (uniqueInstance == null) {
uniqueInstance = new Singleton();
}
}
}
return uniqueInstance;
}
}
考虑下面的实现，也就是只使用了一个 if 语句。在 uniqueInstance == null 的情况下，如果两个线程同时执行 if 语句，那么两个线程就会同时进入 if 语句块内。虽然在 if 语句块内有加锁操作，但是两个线程都会执行 uniqueInstance = new Singleton(); 这条语句，只是先后的问题，那么就会进行两次实例化，从而产生了两个实例。因此必须使用双重校验锁，也就是需要使用两个 if 语句。
if (uniqueInstance == null) {
synchronized (Singleton.class) {
uniqueInstance = new Singleton();
}
}
uniqueInstance 采用 volatile 关键字修饰也是很有必要的。uniqueInstance = new Singleton(); 这段代码其实是分为三步执行。
- 分配内存空间
- 初始化对象
- 将
uniqueInstance指向分配的内存地址
但是由于 JVM 具有指令重排的特性，有可能执行顺序变为了 1>3>2，这在单线程情况下自然是没有问题。但如果是多线程下，有可能获得是一个还没有被初始化的实例，以致于程序出错。使用 volatile 可以禁止 JVM 的指令重排，保证在多线程环境下也能正常运行。
静态内部类实现
当 Singleton 类加载时，静态内部类 SingletonHolder 没有被加载进内存。只有当调用 getUniqueInstance() 方法从而触发 SingletonHolder.INSTANCE 时 SingletonHolder 才会被加载，此时初始化 INSTANCE 实例。
这种方式不仅具有延迟初始化的好处，而且由虚拟机提供了对线程安全的支持。
public class Singleton {
private Singleton() {
}
private static class SingletonHolder {
private static final Singleton INSTANCE = new Singleton();
}
public static Singleton getUniqueInstance() {
return SingletonHolder.INSTANCE;
}
}
枚举实现
这是单例模式的最佳实践，它实现简单，并且在面对复杂的序列化或者反射攻击的时候，能够防止实例化多次。
public enum Singleton {
uniqueInstance;
private static String name;
private void Singleton(){
}
public void doSomething() {
System.out.println(name);
}
/**
* 使用内部类注入
* @author: yh
* @date: 2022/12/11
*/
@Component
static class PeopleEnumContainer {
@Value("${people.name}")
public void init(String name) {
Singleton.name = name;
}
}
}
Java规范中规定，每一个枚举类型及其定义的枚举变量在JVM中都是唯一的，因此在枚举类型的序列化和反序列化上，Java做了特殊的规定。这里利用枚举的特性，让JVM来帮我们保证线程安全和单一实例的问题。
@Test
public void singletonEnum() {
Singleton bean = Singleton.uniqueInstance;
Singleton bean2 = Singleton.uniqueInstance;
System.out.println(bean);
System.out.println(bean2);
System.out.println(bean == bean2);
Singleton.uniqueInstance.doSomething();
}
如果不使用枚举来实现单例模式，会出现反射攻击，因为通过 setAccessible() 方法可以将私有构造函数的访问级别设置为 public，然后调用构造函数从而实例化对象。如果要防止这种攻击，需要在构造函数中添加防止实例化第二个对象的代码。
实现方式总结
使用场景
- Logger Classes
- Configuration Classes
- Accesing resources in shared mode
- Factories implemented as Singletons
JDK
java.lang.Runtime#getRuntime()
java.awt.Desktop#getDesktop()
java.lang.System#getSecurityManager()
文章略加修改，出处：https://pdai.tech/md/dev-spec/pattern/2_singleton.html