单例模式算是设计模式中最容易理解，也是最容易手写代码的模式，但是坑却不少。一般来说，单例模式有五种写法：懒汉、饿汉、双重检验锁、静态内部类、枚举。上述所说都是线程安全的实现。下面对这几种实现分别做详细分析。
懒汉式，线程不安全
教科书上标准的写法如下：
public class Singleton {
private static Singleton instance;
private Singleton (){}
public static Singleton getInstance() {
if (instance == null) {
instance = new Singleton();
}
return instance;
}
}
这段代码简单明了，而且使用了懒加载模式，但是却存在致命的问题。当有多个线程并行调用 getInstance() 的时候，就会创建多个实例。也就是说在多线程下不能正常工作。
懒汉式，线程安全
为了解决上面的问题，最简单的方法是将整个 getInstance() 方法设为同步（synchronized）。如下：
public class Singleton {
private static Singleton instance ;
private Singleton(){}
public static synchronized Singleton getInstance() {
if (instance == null) {
instance = new Singleton();
}
return instance;
}
}
虽然做到了线程安全，并且解决了多实例的问题，但是它并不高效。因为在任何时候只能有一个线程调用 getInstance() 方法。但是同步操作只需要在第一次调用时才被需要，即第一次创建单例实例对象时。这就引出了双重检验锁。
双重检验锁
双重检验锁模式（double checked locking pattern），是一种使用同步块加锁的方法。程序员称其为双重检查锁，因为会有两次检查 instance == null，一次是在同步块外，一次是在同步块内。为什么在同步块内还要再检验一次？因为可能会有多个线程一起进入同步块外的 if，如果在同步块内不进行二次检验的话就会生成多个实例了。
public class Singleton {
private static Singleton instance ;
private Singleton(){}
public static Singleton getSingleton() {
if (instance == null) { //Single Checked
synchronized (Singleton.class) {
if (instance == null) { //Double Checked
instance = new Singleton();
}
}
}
return instance ;
}
}
这段代码看起来很完美，很可惜，它是有问题。主要在于instance = new Singleton()这句，这并非是一个原子操作，事实上在 JVM 中这句话大概做了下面 3 件事情。
1、给 instance 分配内存
2、调用 Singleton 的构造函数来初始化成员变量
3、将instance对象指向分配的内存空间（执行完这步 instance 就为非 null 了）
但是在 JVM 的即时编译器中存在指令重排序的优化。也就是说上面的第二步和第三步的顺序是不能保证的，最终的执行顺序可能是 1-2-3 也可能是 1-3-2。如果是后者，则在 3 执行完毕、2 未执行之前，被线程二抢占了，这时 instance 已经是非 null 了（但却没有初始化），所以线程二会直接返回 instance，然后使用，然后顺理成章地报错。
我们只需要将 instance 变量声明成 volatile 就可以了。
public class Singleton {
//申明成volatile 类型
private volatile static Singleton instance ;
private Singleton(){}
public static Singleton getSingleton() {
if (instance == null) { //Single Checked
synchronized (Singleton.class) {
if (instance == null) { //Double Checked
instance = new Singleton();
}
}
}
return instance ;
}
}
特别注意在 Java 5 以前的版本使用了 volatile 的双检锁还是有问题的。其原因是 Java 5 以前的 JMM （Java 内存模型）是存在缺陷的，即时将变量声明成 volatile 也不能完全避免重排序，主要是 volatile 变量前后的代码仍然存在重排序问题。这个 volatile 屏蔽重排序的问题在 Java 5 中才得以修复，所以在这之后才可以放心使用 volatile。
相信你不会喜欢这种复杂又隐含问题的方式，当然我们有更好的实现线程安全的单例模式的办法。
饿汉式 static final field
这种方法非常简单，因为单例的实例被声明成 static 和 final 变量了，在第一次加载类到内存中时就会初始化，所以创建实例本身是线程安全的。
public class Singleton{
//类加载时就初始化
private static final Singleton instance = new Singleton();
private Singleton(){}
public static Singleton getInstance(){
return instance;
}
}
这种写法的缺点：
它不是一种懒加载模式（lazy initialization），单例会在加载类后一开始就被初始化，即使客户端没有调用 getInstance()方法。饿汉式的创建方式在一些场景中将无法使用：譬如 Singleton 实例的创建是依赖参数或者配置文件的，在 getInstance() 之前必须调用某个方法设置参数给它，那样这种单例写法就无法使用了。
静态内部类 static nested class
静态内部类的方法，这种方法也是《Effective Java》上所推荐的。
public class Singleton {
private static class SingletonHolder {
private static final Singleton INSTANCE = new Singleton();
}
private Singleton (){}
public static final Singleton getInstance() {
return SingletonHolder.INSTANCE;
}
}
这种写法仍然使用JVM本身机制保证了线程安全问题；由于 SingletonHolder 是私有的，除了 getInstance() 之外没有办法访问它，因此它是懒汉式的；同时读取实例的时候不会进行同步，没有性能缺陷；也不依赖 JDK 版本。
枚举 Enum
用枚举写单例实在太简单了！这也是它最大的优点。下面这段代码就是声明枚举实例的通常做法。
public enum EasySingleton{
INSTANCE;
}
应用场景
- 系统只需要一个实例对象，如系统要求提供一个唯一的序列号生成器或资源管理器，或者需要考虑资源消耗太大而只允许创建一个对象。
- 客户调用类的单个实例只允许使用一个公共访问点，除了该公共访问点，不能通过其他途径访问该实例。
- 由于配置文件一般都是共享资源，即web应用的配置对象的读取，一般采用单例模式来实现。如：spring的配置文件的读取等
- 创建对象时耗时过多或者耗资源过多，但又经常用到的对象
需要频繁实例化然后销毁的对象。
优点
-
由于单例模式在内存中只有一个实例，减少了内存开支，特别是一个对象需要频繁地创建、销毁时，而且创建或销毁时性能又无法优化，单例模式的优势就非常明显。
-
由于单例模式只生成一个实例，所以减少了系统的性能开销，当一个对象的产生需要比较多的资源时，如读取配置、产生其他依赖对象时，则可以通过在应用启动时直接产生一个单例对象，然后用永久驻留内存的方式来解决；
-
单例模式可以避免对资源的多重占用，例如一个写文件动作，由于只有一个实例存在内存中，避免对同一个资源文件的同时写操作。
-
单例模式可以在系统设置全局的访问点，优化和共享资源访问，例如可以设计一个单例类，负责所有数据表的映射处理。
缺点
- 单例模式一般没有接口，扩展很困难，若要扩展，除了修改代码基本上没有第二种途径可以实现。
运用单例模式读取配置文件
在系统运行中，有很多地方都需要使用配置文件的内容，也就是很多地方都需要创建AppConfig这个对象的实例。如果每次读取配置文件都new一个新的对象将造成资源的浪费，所以将AppConfig设计成单例模式。
1、用静态内部类的方式实现
import java.io.IOException;
import java.io.InputStream;
import java.util.Properties;
public class AppConfig {
private static class SingletonHolder {
private static final AppConfig INSTANCE = new AppConfig();
}
public static final AppConfig getInstance() {
return SingletonHolder.INSTANCE;
}
/**
* 私有化构造方法
*/
private AppConfig(){
//调用读取配置文件的方法
readConfig();
}
/**
* 用来存放配置文件中参数A的值
*/
private String parameterA;
/**
* 用来存放配置文件中参数B的值
*/
private String parameterB;
public String getParameterA() {
return parameterA;
}
public String getParameterB() {
return parameterB;
}
/**
* 读取配置文件，把配置文件中的内容读出来设置到属性上
*/
private void readConfig(){
Properties p = new Properties();
InputStream in = null;
try {
in = AppConfig.class.getResourceAsStream("AppConfig.properties");
p.load(in);
//把配置文件中的内容读出来设置到属性上
this.parameterA = p.getProperty("paramA");
this.parameterB = p.getProperty("paramB");
} catch (IOException e) {
System.out.println("装载配置文件出错了，具体堆栈信息如下：");
e.printStackTrace();
} finally {
try {
in.close();
} catch (IOException e) {
e.printStackTrace();
}
}
}
}
2、用枚举的方式实现
import java.io.IOException;
import java.io.InputStream;
import java.util.Properties;
public enum AppConfigEnu1 {
INSTANCE;
private AppConfigEnu1() {
readConfig();
System.out.println("-----调用了构造方法-----");
}
/**
* 读取配置文件，把配置文件中的内容读出来设置到属性上
*/
private void readConfig(){
Properties p = new Properties();
InputStream in = null;
try {
in = AppConfigEnu1.class.getResourceAsStream("AppConfig.properties");
p.load(in);
//把配置文件中的内容读出来设置到属性上
this.parameterA = p.getProperty("paramA");
this.parameterB = p.getProperty("paramB");
} catch (IOException e) {
System.out.println("装载配置文件出错了，具体堆栈信息如下：");
e.printStackTrace();
} finally {
try {
in.close();
} catch (IOException e) {
e.printStackTrace();
}
}
}
/**
* 用来存放配置文件中参数A的值
*/
private String parameterA;
/**
* 用来存放配置文件中参数B的值
*/
private String parameterB;
public String getParameterA() {
return parameterA;
}
public String getParameterB() {
return parameterB;
}
}
测试枚举的方式：
public class Client {
public static void main(String[] args) {
//创建读取应用配置的对象
System.out.println(AppConfigEnu1.INSTANCE.getParameterA());
System.out.println(AppConfigEnu1.INSTANCE.getParameterB());
System.out.println("************************");
System.out.println(AppConfigEnu1.INSTANCE.getParameterA());
System.out.println(AppConfigEnu1.INSTANCE.getParameterB());
}
}
运行结果如下：
从运行结果中可以看出，虽然调用了两次实例对象，但是构造函数只调用了一次，也就是只创建了一个实例。
作者：家有诗书
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