文章目录

一、概念
二、分类
三、代码

一、概念

它是软件开发中最常用的设计模式之一。

单：唯一
例：实例

单例设计模式，即某个类在整个系统中只能有一个实例对象可被获取和使用的代码模式。

例如：代表JVM运行环境的Runtime类

二、分类

饿汉式：直接创建对象，不存在线程安全问题

直接实例化饿汉式（简洁直观）
枚举式（最简洁）
静态代码块饿汉式（适合复杂实例化）

懒汉式：延迟创建对象

线程不安全（适用于单线程）
双重校验锁（适用于多线程）
静态内部类形式（适用于多线程）

三、代码

3.1 饿汉式—直接实例化

是否 Lazy 初始化：否
是否多线程安全：是
实现难度：易

描述：这种方式比较常用，但容易产生垃圾对象。
优点：没有加锁，执行效率会提高。
缺点：类加载时就初始化，浪费内存。

它基于 classloader 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，虽然导致类装载的原因有很多种，在单例模式中大多数都是调用 getInstance 方法，但是也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 显然没有达到 lazy loading 的效果。

public class Singleton {
    
    

    // 创建一个对象
    private static Singleton instance = new Singleton();

    // 私有化构造器，这样该类就不会被实例化
    private Singleton() {
    
    }

    // 获取唯一可用的对象
    public static Singleton getInstance() {
    
    
        return instance;
    }
}

调用

Singleton instance = Singleton.getInstance();

3.2 饿汉式—枚举

是否 Lazy 初始化：否
是否多线程安全：是
实现难度：易

描述：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。

public enum Singleton {
    
    
    INSTANCE;
    public void whateverMethod() {
    
    
    }
}

3.3 饿汉式—静态代码块

是否 Lazy 初始化：否
是否多线程安全：是
实现难度：一般

描述：可以在初始化创建的时候读取数据。

public class Singleton {
    
    
    private static final Singleton INSTANCE;
    private String info;

    static {
    
    
        // 通过配置文件读取info
        info = ...;
        INSTANCE = new Singleton(info);
    }
    private Singleton(String info) {
    
    
        this.info = info;
    }

}

3.4 懒汉式—线程不安全

是否 Lazy 初始化：是
是否多线程安全：否
实现难度：易

描述：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。

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

3.5 懒汉式—双重校验锁

是否 Lazy 初始化：是
是否多线程安全：是
实现难度：较复杂

描述：这种方式采用双锁机制，安全且在多线程情况下能保持高性能。

public class Singleton {
    
      
    private volatile static Singleton singleton;  
    private Singleton (){
    
    }  
    public static Singleton getSingleton() {
    
      
    if (singleton == null) {
    
      
        synchronized (Singleton.class) {
    
      
            if (singleton == null) {
    
      
                singleton = new Singleton();  
            }  
        }  
    }  
    return singleton;  
    }  
}

关键说明：

Volatile关键字：禁止指令重排，正常顺序 1：为singleton分配内存、2：初始化singleton、3：将对象引用singleton指向内存地址；重排序的顺序可能为1、3、2，这样就会导致singlton还未初始化时singleton!=null。此时拿着singleton去操作就会导致错误。
第一次校验：校验是否已经创建对象，如果创建了就直接返回，不加锁提高效率。
第二次校验：同步代码块中，判断对象是否已经创建；因为多线程的原因，A、B线程可能会同时运行到singleton==null，之后其中A进入同步代码块，B等待，A在同步代码块中创建完对象后释放锁，B会进入同步代码块，如果此时不进行判断，B将重新创建一个对象。

3.6 懒汉式—静态内部类

是否 Lazy 初始化：是
是否多线程安全：是
实现难度：一般

描述：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。

public class Singleton {
    
    
    private static class SingletonHolder {
    
    
        private static final Singleton INSTANCE = new Singleton();
    }
    private Singleton() {
    
    }
    public static final Singleton getInstance() {
    
    
        return SingletonHolder.INSTANCE;
    }
}

【JAVA】六种单例模式Singleton