一、定义
经典设计模式书籍 GoF( design patterns elements of reusable object-oriented software ) 中，对单例模式要实现的目的是这样定义的：
Ensure a class only has one instance, and provide a global point of access to it.
这句话是什么意思呢？译过来是：确保一个类只有一个实例，并提供对它的全局访问点。这句话即表明了单例模式的应用场景，又说明了它的目的。但是，它表述的还不够严谨。
严谨的须要满足下面三个要求：
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。
3、单例类必须给所有其他对象提供这一实例。
其结构如下：
二、如何实现一个单例
步骤 1
创建一个 Singleton 类。
/**
* @program: psimple
* @description: 创建一个 Singleton 类。
* @author: Mr.Wang
* @create: 2020-12-21 13:00
**/
public class SingleObject {
//创建 SingleObject 的一个对象
private static SingleObject instance = new SingleObject();//让构造函数为 private，这样该类就不会被实例化
private SingleObject(){}//获取唯一可用的对象
public static SingleObject getInstance(){
return instance;
}public void showMessage(){
System.out.println("Hello ! SingleObject.");
}
}
步骤 2
从 singleton 类获取唯一的对象。
/**
* @program: psimple
* @description: 从 singleton 类获取唯一的对象。
* @author: Mr.Wang
* @create: 2020-12-21 13:00
**/
public class SingletonPatternDemo {
public static void main(String[] args) {//不合法的构造函数
//编译时错误：构造函数 SingleObject() 是不可见的
//SingleObject object = new SingleObject();//获取唯一可用的对象
SingleObject object = SingleObject.getInstance();//显示消息
object.showMessage();
}
}
步骤 3
执行程序，输出结果：
Hello ! SingleObject.
上面这种单例模式的实现方式是实现了，但是，在多线程执行环境中，这个单例是不是线程安全的呢？会不会生成“两个或多个单例对象”？由此，引出下面几种对单例的实现方式，以做对比。下面几种实现方式源自runoob。
三、单例模式的几种实现方式
从应用系统实际环境来看，考虑到单例对象的线程安全问题，又可将单例模式的实现方式分为这几种情况。
1、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;
}
2、懒汉式，线程安全
是否 Lazy 初始化：是
是否多线程安全：是
实现难度：易
描述：这种方式具备很好的 lazy loading，能够在多线程中很好的工作，但是，效率很低，99% 情况下不需要同步。
优点：第一次调用才初始化，避免内存浪费。
缺点：必须加锁 synchronized 才能保证单例，但加锁会影响效率。
getInstance() 的性能对应用程序不是很关键（该方法使用不太频繁）。
public class Singleton {
private static Singleton instance;
private Singleton (){}
public static synchronized Singleton getInstance() {
if (instance == null) {
instance = new Singleton();
}
return instance;
}
}
3、饿汉式
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 {
private static Singleton instance = new Singleton();
private Singleton (){}
public static Singleton getInstance() {
return instance;
}
}
4、双锁/双检锁/双重校验锁（DCL，即 double-checked locking）（推荐首选使用）
JDK 版本：JDK1.5 起
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。
getInstance() 的性能对应用程序很关键。同时使用 volatile 和 synchronized 修饰符来确保线程安全。
public final class Singleton {
private static volatile Singleton instance;private Singleton() {}
public static Singleton getInstance(String value) {
if (instance == null) {
synchronized (Singleton.class) {
if (instance == null) {
instance = new Singleton();
}
}
}
return instance;
}
}
5、登记式/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;
}
}
6、枚举
JDK 版本：JDK1.5 起
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() {
}
}
经验之谈：一般情况下，不建议使用第 1 种和第 2 种懒汉方式，建议使用第 3 种饿汉方式。只有在要明确实现 lazy loading 效果时，才会使用第 5 种登记方式。如果涉及到反序列化创建对象时，可以尝试使用第 6 种枚举方式。如果有其他特殊的需求，可以考虑使用第 4 种双检锁方式。
四、java jdk源码中的单例模式
本文均以java代码示例，故可在IDEA编辑器中，全文检索“getInstance”可以找到一些关于单例模式的源码。下面例举一些比较常见的。
1.Runtime(java.lang.Runtime)
public class Runtime {
private static Runtime currentRuntime = new Runtime();public static Runtime getRuntime() {
return currentRuntime;
}private Runtime() {}
......
}
2.GraphicsEnvironment(java.awt.GraphicsEnvironment)
public abstract class GraphicsEnvironment {
private static GraphicsEnvironment localEnv;protected GraphicsEnvironment() {
}public static synchronized GraphicsEnvironment getLocalGraphicsEnvironment() {
if (localEnv == null) {
localEnv = createGE();
}return localEnv;
}private static GraphicsEnvironment createGE() {
GraphicsEnvironment ge;
String nm = AccessController.doPrivileged(new GetPropertyAction("java.awt.graphicsenv", null));
try {
// long t0 = System.currentTimeMillis();
Class<GraphicsEnvironment> geCls;
try {
// First we try if the bootclassloader finds the requested
// class. This way we can avoid to run in a privileged block.
geCls = (Class<GraphicsEnvironment>)Class.forName(nm);
} catch (ClassNotFoundException ex) {
// If the bootclassloader fails, we try again with the
// application classloader.
ClassLoader cl = ClassLoader.getSystemClassLoader();
geCls = (Class<GraphicsEnvironment>)Class.forName(nm, true, cl);
}
ge = geCls.newInstance();
// long t1 = System.currentTimeMillis();
// System.out.println("GE creation took " + (t1-t0)+ "ms.");
if (isHeadless()) {
ge = new HeadlessGraphicsEnvironment(ge);
}
} catch (ClassNotFoundException e) {
throw new Error("Could not find class: "+nm);
} catch (InstantiationException e) {
throw new Error("Could not instantiate Graphics Environment: "
+ nm);
} catch (IllegalAccessException e) {
throw new Error ("Could not access Graphics Environment: "
+ nm);
}
return ge;
}
......省略其他
}
3.JPEGImageMetadataFormat(com.sun.imageio.plugins.jpeg.JPEGImageMetadataFormat)
public class JPEGImageMetadataFormat extends JPEGMetadataFormat {
private static JPEGImageMetadataFormat theInstance = null;
private JPEGImageMetadataFormat() {
......省略其他
}
public static synchronized IIOMetadataFormat getInstance() {
if (theInstance == null) {
theInstance = new JPEGImageMetadataFormat();
}
return theInstance;
}
......省略其他
}