目錄

• 1、單例模式簡介
• 1.1 應用例項
• 1.2 優勢和劣勢
• 1.3 使用場景
• 2、單例模式實現
• 2.1 餓漢式
• 2.2 懶漢式，執行緒不安全
• 2.3 懶漢式，執行緒安全
• 2.4 雙檢鎖/雙重校驗鎖（DCL，即 double-checked locking）
• 2.5 登記式/靜態內部類
• 2.6 列舉

1、單例模式簡介

單例模式（Singleton Pattern）是 Java 中最簡單的設計模式之一。這種型別的設計模式屬於建立型模式，它提供了一種建立物件的最佳方式。
這種模式涉及到一個單一的類，該類負責建立自己的物件，同時確保只有單個物件被建立。這個類提供了一種訪問其唯一的物件的方式，可以直接訪問，不需要例項化該類的物件。

注意：

• 單例類只能有一個例項。
• 單例類必須自己建立自己的唯一例項。
• 單例類必須給所有其他物件提供這一例項。

1.1 應用例項

1、一個國家只能有一個主席（總統）。
2、Windows 是多程序多執行緒的，在操作一個檔案的時候，就不可避免地出現多個程序或執行緒同時操作一個檔案的現象，所以所有檔案的處理必須通過唯一的例項來進行。
3、一些裝置管理器常常設計為單例模式，比如一個電腦有兩臺印表機，在輸出的時候就要處理不能兩臺印表機列印同一個檔案。

1.2 優勢和劣勢

優點： 1、在記憶體裡只有一個例項，減少了記憶體的開銷，尤其是頻繁的建立和銷燬例項（比如管理學校首頁頁面快取）。 2、避免對資源的多重佔用（比如寫檔案操作）。

缺點：沒有介面，不能繼承，與單一職責原則衝突，一個類應該只關心內部邏輯，而不關心外面怎麼樣來例項化。

1.3 使用場景

1、要求生產唯一序列號。
2、WEB 中的計數器，不用每次重新整理都在資料庫里加一次，用單例先快取起來。
3、建立的一個物件需要消耗的資源過多，比如 I/O 與資料庫的連線等。

2、單例模式實現

2.1 餓漢式

該方式比較常用，但容易產生垃圾物件。
優點：沒有加鎖，執行效率會提高。
缺點：類載入時就初始化，浪費記憶體。
它基於 classloader 機制避免了多執行緒的同步問題，不過，instance 在類裝載時就例項化，雖然導致類裝載的原因有很多種，在單例模式中大多數都是呼叫 getInstance 方法， 但是也不能確定有其他的方式（或者其他的靜態方法）導致類裝載，這時候初始化 instance 顯然沒有達到 lazy loading 的效果。
實現方法

步驟一
建立一個 Singleton 類。

//SingleObject.java
public class SingleObject {
 
   //建立 SingleObject 的一個物件
   private static SingleObject instance = new SingleObject();
 
   //讓建構函式為 private，這樣該類就不會被例項化
   private SingleObject(){}
 
   //獲取唯一可用的物件
   public static SingleObject getInstance(){
      return instance;
   }
 
   public void showMessage(){
      System.out.println("Hello World!");
   }
}

步驟二
從 singleton 類獲取唯一的物件。

//SingletonPatternDemo.java
public class SingletonPatternDemo {
   public static void main(String[] args) {
 
      //不合法的建構函式
      //編譯時錯誤：建構函式 SingleObject() 是不可見的
      //SingleObject object = new SingleObject();
 
      //獲取唯一可用的物件
      SingleObject object = SingleObject.getInstance();
 
      //顯示訊息
      object.showMessage();
   }
}

步驟 三
執行程式，輸出結果：

Hello World!

2.2 懶漢式，執行緒不安全

這種方式是最基本的實現方式，這種實現最大的問題就是不支援多執行緒。因為沒有加鎖 synchronized，所以嚴格意義上它並不算單例模式。
這種方式 lazy loading 很明顯，不要求執行緒安全，在多執行緒不能正常工作。

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

2.3 懶漢式，執行緒安全

這種方式具備很好的 lazy loading，能夠在多執行緒中很好的工作，但是，效率很低，99% 情況下不需要同步。
優點：第一次呼叫才初始化，避免記憶體浪費。
缺點：必須加鎖 synchronized 才能保證單例，但加鎖會影響效率。
getInstance() 的效能對應用程式不是很關鍵（該方法使用不太頻繁）。

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

2.4 雙檢鎖/雙重校驗鎖（DCL，即 double-checked locking）

這種方式採用雙鎖機制，安全且在多執行緒情況下能保持高效能。
getInstance() 的效能對應用程式很關鍵。

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;  
    }  
}

2.5 登記式/靜態內部類

這種方式能達到雙檢鎖方式一樣的功效，但實現更簡單。對靜態域使用延遲初始化，應使用這種方式而不是雙檢鎖方式。這種方式只適用於靜態域的情況，雙檢鎖方式可在例項域需要延遲初始化時使用。
這種方式同樣利用了 classloader 機制來保證初始化 instance 時只有一個執行緒，它跟第 3 種方式不同的是：第 1 種方式只要 Singleton 類被裝載了，那麼 instance 就會被例項化（沒有達到 lazy loading 效果），而這種方式是 Singleton 類被裝載了，instance 不一定被初始化。因為 SingletonHolder 類沒有被主動使用，只有通過顯式呼叫 getInstance 方法時，才會顯式裝載 SingletonHolder 類，從而例項化 instance。想象一下，如果例項化 instance 很消耗資源，所以想讓它延遲載入，另外一方面，又不希望在 Singleton 類載入時就例項化，因為不能確保 Singleton 類還可能在其他的地方被主動使用從而被載入，那麼這個時候例項化 instance 顯然是不合適的。這個時候，這種方式相比第 1 種方式就顯得很合理。

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

2.6 列舉

這種實現方式還沒有被廣泛採用，但這是實現單例模式的最佳方法。它更簡潔，自動支援序列化機制，絕對防止多次例項化。
這種方式是 Effective Java 作者 Josh Bloch 提倡的方式，它不僅能避免多執行緒同步問題，而且還自動支援序列化機制，防止反序列化重新建立新的物件，絕對防止多次例項化。不過，由於 JDK1.5 之後才加入 enum 特性，用這種方式寫不免讓人感覺生疏，在實際工作中，也很少用。
不能通過 reflection attack 來呼叫私有構造方法。

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

注意：一般情況下，不建議使用第 2 種和第 3 種懶漢方式，建議使用第 1 種餓漢方式。只有在要明確實現 lazy loading 效果時，才會使用第 5 種登記方式。如果涉及到反序列化建立物件時，可以嘗試使用第 6 種列舉方式。如果有其他特殊的需求，可以考慮使用第 4 種雙檢鎖方式。

參考自單例模式 | 菜鳥教程