首先我们从单例模式开始：
一、单例模式定义：
单例模式确保某个类只有一个实例，而且自行实例化并向整个系统提供这个实例。在计算机系统中，线程池、缓存、日志对象、对话框、打印机、显卡的驱动程序对象常被设计成单例。这些应用都或多或少具有资源管理器的功能。每台计算机可以有若干个打印机，但只能有一个Printer Spooler，以避免两个打印作业同时输出到打印机中。每台计算机可以有若干通信端口，系统应当集中管理这些通信端口，以避免一个通信端口同时被两个请求同时调用。总之，选择单例模式就是为了避免不一致状态，避免政出多头。
二、单例模式特点：
1、单例类只能有一个实例。
2、单例类必须自己创建自己的唯一实例。因此需要构造方法私有化，确保其他类不能实例化该类
3、单例类必须给所有其他对象提供这一实例。因此需要对外提供一个public方法获得该类的实例
单例模式保证了全局对象的唯一性，比如系统启动读取配置文件就需要单例保证配置的一致性。
三、单例模式的实现
1.饿汉式单例（立即加载方式）
/*
* 饿汉式 类创建的时候就创建实例实例且仅创建一次，可以避免进程的同步。 但是无法实现按需加载
*/
class SingletonA {
private static SingletonA instance = new SingletonA();
private SingletonA() {// 构造函数私有化。外部无法创建本类对象
}
public static SingletonA getInstance() {
return instance;
}
}饿汉式单例在类加载初始化时就创建好一个静态的对象供外部使用，除非系统重启，这个对象不会改变，所以本身就是线程安全的。Singleton通过将构造方法限定为private避免了类在外部被实例化，在同一个虚拟机范围内，Singleton的唯一实例只能通过getInstance()方法访问。（事实上，通过Java反射机制是能够实例化构造方法为private的类的，那基本上会使所有的Java单例实现失效。此问题在此处不做讨论，姑且闭着眼就认为反射机制不存在。）
2.懒汉式单例（延迟加载方式）
/*
* 懒汉式 可以按需加载，但是可能出现进程同步问题
*/
class SingletonB {
private static SingletonB instance;
private SingletonB() {
}
public static SingletonB getInstance() {
if (instance == null) {
instance = new SingletonB();
}
return instance;
}
}该示例虽然用延迟加载方式实现了懒汉式单例，但在多线程环境下会产生多个single对象。
因为饿汉式导致的问题，就产生了本篇文章的主题-双重检查锁定。一看到上述问题的产生，就会有人提出加上锁不就可以解决问题了吗，于是
class SingletonC {
private volatile static SingletonC instance;
private SingletonC() {
}
public synchronized static SingletonC getInstance() {
if (instance == null) {
instance = new SingletonC();
}
return instance;
}
}但是大家都知道synchronized将导致性能开销（加锁，解锁，切换等）。于是又提出了第三个方式
3 双重检查锁定单例（非安全）
// 双重检验锁
class SingletonC {
private static SingletonC instance;
private SingletonC() {
}
public static SingletonC getInstance() {
if (instance == null) {// 该句存在主要是因为被synchronized修饰的方法比一般方法要慢。多次调用内存消耗较大
synchronized (SingletonB.class) {// 解决线程的同步问题
if (instance == null) {
instance = new SingletonC();
}
}
}
return instance;
}
}这样的解决办法看起来是两全其美的。首先当多个线程试图在同一时间创建对象的时候，会通过加锁来保证只有一个线程创建对象，其次在对象创建好后，执行getInstance（）方法将不需要获取锁，直接返回已经创建好的对象，从而减少系统的性能开销。但这真的是安全的吗？？？
这就需要从jmm说起了。问题的根源出现在instance=new SingletonC()上。该代码功能是是创建实例对象，可以分解为如下伪代码步骤：
memory = allocate() ; //分配对象的内存空间
ctorInstance(memory); //②初始化对象
instance=memory; //③设置instance指向刚分配的内存地址
其中②和③之间，在某些编译器编译时，可能出现重排序（主要是为了代码优化），此时的代码如下：
memory = allocate() ; //分配对象的内存空间
instance=memory; //③设置instance指向刚分配的内存地址
ctorInstance(memory); //②初始化对象
单线程下执行时序图如下：
多线程下执行时序图：
由于单线程中遵守intra-thread semantics，从而能保证即使②和③交换顺序后其最终结果不变。但是当在多线程情况下，线程B将看到一个还没有被初始化的对象，此时将会出现问题。
解决方案：
1、不允许②和③进行重排序
2、允许②和③进行重排序，但排序之后，不允许其他线程看到。
4：双重检查锁定（基于volatile的安全解决方案）
对前面的双重锁实现的延迟初始化方案进行如下修改：
class SingletonC {
private volatile static SingletonC instance;
private SingletonC() {
}
public static SingletonC getInstance() {
if (instance == null) {// 该句存在主要是因为被synchronized修饰的方法比一般方法要慢。多次调用内存消耗较大
synchronized (SingletonB.class) {// 解决线程的同步问题
if (instance == null) {
instance = new SingletonC();
}
}
}
return instance;
}
}使用volatile修饰instance之后，之前的②和③之间的重排序将在多线程环境下被禁止，从而保证了线程安全执行
5：静态内部类（基于类初始化的安全解决方案）
JVM在类的初始化阶段（即在Class被加载后，且被线程使用之前），会执行类的初始化。在执行类的初始化期间，JVM会去获取一个锁。这个锁可以同步多个线程对同一个类的初始化
class SingletonD {
private static class singleHolders {
public static SingletonD instance = new SingletonD();
}
private SingletonD() {
}
public static SingletonD getInstance() {
return singleHolders.instance;
}
}假设两个线程并发执行getInstance()，下面是执行的示意图：
这个方案的实质是：允许“问题的根源”的三行伪代码中的2和3重排序，但不允许非构造线程（这里指线程B）“看到”这个重排序。
这里又不得不说一下类的初始化过程（注意和实例化的区别）。
初始化一个类，包括执行这个类的静态初始化和初始化在这个类中声明的静态字段。根据java语言规范，在首次发生下列任意一种情况时，一个类或接口类型T将被立即初始化：
- T是一个类，而且一个T类型的实例被创建；
- T是一个类，且T中声明的一个静态方法被调用；
- T中声明的一个静态字段被赋值；
- T中声明的一个静态字段被使用，而且这个字段不是一个常量字段；
- T是一个顶级类（top level class，见java语言规范的§7.6），而且一个断言语句嵌套在T内部被执行。
在InstanceFactory示例代码中，首次执行getInstance()的线程将导致InstanceHolder类被初始化（符合情况4）。
由于java语言是多线程的，多个线程可能在同一时间尝试去初始化同一个类或接口（比如这里多个线程可能在同一时刻调用getInstance()来初始化InstanceHolder类）。因此在java中初始化一个类或者接口时，需要做细致的同步处理。
Java语言规范规定，对于每一个类或接口C，都有一个唯一的初始化锁LC与之对应。从C到LC的映射，由JVM的具体实现去自由实现。JVM在类初始化期间会获取这个初始化锁，并且每个线程至少获取一次锁来确保这个类已经被初始化过了（事实上，java语言规范允许JVM的具体实现在这里做一些优化，见后文的说明）。
对于类或接口的初始化，java语言规范制定了精巧而复杂的类初始化处理过程。java初始化一个类或接口的处理过程如下（这里对类初始化处理过程的说明，省略了与本文无关的部分；同时为了更好的说明类初始化过程中的同步处理机制，笔者人为的把类初始化的处理过程分为了五个阶段）：
第一阶段：通过在Class对象上同步（即获取Class对象的初始化锁），来控制类或接口的初始化。这个获取锁的线程会一直等待，直到当前线程能够获取到这个初始化锁。
假设Class对象当前还没有被初始化（初始化状态state此时被标记为state = noInitialization），且有两个线程A和B试图同时初始化这个Class对象。下面是对应的示意图：
下面是这个示意图的说明：
| 时间 | 线程A | 线程B |
|---|---|---|
| t1 | A1:尝试获取Class对象的初始化锁。这里假设线程A获取到了初始化锁 | B1:尝试获取Class对象的初始化锁，由于线程A获取到了锁，线程B将一直等待获取初始化锁 |
| t2 | A2：线程A看到线程还未被初始化（因为读取到state == noInitialization），线程设置state = initializing | |
| t3 | A3：线程A释放初始化锁 |
第二阶段：线程A执行类的初始化，同时线程B在初始化锁对应的condition上等待：
下面是这个示意图的说明：
| 时间 | 线程A | 线程B |
|---|---|---|
| t1 | A1:执行类的静态初始化和初始化类中声明的静态字段 | B1：获取到初始化锁 |
| t2 | B2：读取到state == initializing | |
| t3 | B3：释放初始化锁 | |
| t4 | B4：在初始化锁的condition中等待 |
第三阶段：线程A设置state = initialized，然后唤醒在condition中等待的所有线程：
下面是这个示意图的说明：
| 时间 | 线程A |
|---|---|
| t1 | A1：获取初始化锁 |
| t2 | A2：设置state = initialized |
| t3 | A3：唤醒在condition中等待的所有线程 |
| t4 | A4：释放初始化锁 |
| t5 | A5：线程A的初始化处理过程完成 |
第四阶段：线程B结束类的初始化处理：
下面是这个示意图的说明：
| 时间 | 线程B |
|---|---|
| t1 | B1：获取初始化锁 |
| t2 | B2：读取到state == initialized |
| t3 | B3：释放初始化锁 |
| t4 | B4：线程B的类初始化处理过程完成 |
线程A在第二阶段的A1执行类的初始化，并在第三阶段的A4释放初始化锁；线程B在第四阶段的B1获取同一个初始化锁，并在第四阶段的B4之后才开始访问这个类。根据java内存模型规范的锁规则，这里将存在如下的happens-before关系：
这个happens-before关系将保证：线程A执行类的初始化时的写入操作（执行类的静态初始化和初始化类中声明的静态字段），线程B一定能看到。
第五阶段：线程C执行类的初始化的处理：
下面是这个示意图的说明：
| 时间 | 线程B |
|---|---|
| t1 | C1：获取初始化锁 |
| t2 | C2：读取到state == initialized |
| t3 | C3：释放初始化锁 |
| t4 | C4：线程C的类初始化处理过程完成 |
在第三阶段之后，类已经完成了初始化。因此线程C在第五阶段的类初始化处理过程相对简单一些（前面的线程A和B的类初始化处理过程都经历了两次锁获取-锁释放，而线程C的类初始化处理只需要经历一次锁获取-锁释放）。
线程A在第二阶段的A1执行类的初始化，并在第三阶段的A4释放锁；线程C在第五阶段的C1获取同一个锁，并在在第五阶段的C4之后才开始访问这个类。根据java内存模型规范的锁规则，这里将存在如下的happens-before关系：
这个happens-before关系将保证：线程A执行类的初始化时的写入操作，线程C一定能看到。
※注1：这里的condition和state标记是本文虚构出来的。Java语言规范并没有硬性规定一定要使用condition和state标记。JVM的具体实现只要实现类似功能即可。
※注2：Java语言规范允许Java的具体实现，优化类的初始化处理过程（对这里的第五阶段做优化），具体细节参见java语言规范的12.4.2章。
通过对比基于volatile的双重检查锁定的方案和基于类初始化的方案，我们会发现基于类初始化的方案的实现代码更简洁。但基于volatile的双重检查锁定的方案有一个额外的优势：除了可以对静态字段实现延迟初始化外，还可以对实例字段实现延迟初始化。
总结
延迟初始化降低了初始化类或创建实例的开销，但增加了访问被延迟初始化的字段的开销。在大多数时候，正常的初始化要优于延迟初始化。如果确实需要对实例字段使用线程安全的延迟初始化，请使用上面介绍的基于volatile的延迟初始化的方案；如果确实需要对静态字段使用线程安全的延迟初始化，请使用上面介绍的基于类初始化的方案。