一天一个设计模式(二) - 单例模式(Singleton)

单例模式（Singleton）是一种创建型模式，确保一个类只有一个实例，并提供全局访问点。 以下从优缺点、具体实现和总结三个方面详细介绍单例模式：

• 优点

  受控访问：提供了对唯一实例的受控访问，确保全局唯一性。

  节约资源：由于在系统内存中只存在一个对象，因此可以节约系统资源，对于需要频繁创建和销毁的对象，单例模式可提高系统性能。

  扩展性强：可以根据实际情况需要，在单例模式的基础上扩展做出双例模式、多例模式。

• 缺点

  职责过重：单例类的职责过重，里面的代码可能会过于复杂，在一定程度上违背了“单一职责原则”。

  状态丢失：如果实例化的对象长时间不被利用，会被系统认为是垃圾而被回收，这将导致对象状态的丢失。

单例模式的核心是确保一个类只有一个实例，并提供全局访问点。通常通过私有构造器和getInstance()方法实现。以下是六种常见的实现方式：

• 饿汉式

  特点：线程安全，无法实现实例懒加载策略。

  实现：在类加载时就初始化实例。

  public class Singleton1 { private final static Singleton1 singleton1 = new Singleton1(); private Singleton1() {} public static Singleton1 getInstance() { return singleton1; }}

• 懒汉式

  特点：线程不安全，实现了实例懒加载策略。

  实现：在第一次调用getInstance()时初始化实例。

  public class Singleton2 { private final static Singleton2 singleton2; private Singleton2() {} public static Singleton2 getInstance() { if (singleton2 == null) singleton2 = new Singleton2(); return singleton2; }}

• 全局锁式

  特点：线程安全，且实现了懒加载策略，但是线程同步时效率不高。

  实现：通过同步方法确保线程安全。

  public class Singleton3 { private final static Singleton3 singleton3; private Singleton3() {} public synchronized static Singleton3 getInstance() { if (singleton3 == null) singleton3 = new Singleton3(); return singleton3; }}

• 静态代码块式

  特点：线程安全，类主动加载时才初始化实例，实现了懒加载策略，且线程安全。

  实现：通过静态代码块初始化实例。

  public class Singleton4 { private final static Singleton4 singleton4; private Singleton4() {} static { singleton4 = new Singleton4(); } public static Singleton4 getInstance() { return singleton4; }}

• 双重校验锁式

  特点：线程安全，且实现了懒加载策略，同时保证了线程同步时的效率。但是volatile强制当前线程每次读操作进行时，保证所有其他的线程的写操作已完成。volatile使得JVM内部的编译器舍弃了编译时优化，对于性能有一定的影响。

  实现：通过双重检查和同步锁确保线程安全。

  public class Singleton5 { private static volatile Singleton5 singleton5; private Singleton5() {} public static Singleton5 getInstance() { if (singleton5 == null) { synchronized (Singleton5.class) { if (singleton5 == null) { singleton5 = new Singleton5(); } } } return singleton5; }}

• 静态内部类式

  特点：线程安全，不存在线程同步问题，且单例对象在程序第一次getInstance()时主动加载SingletonHolder和其静态成员INSTANCE，因而实现了懒加载策略。

  实现：通过静态内部类初始化实例。

  public class Singleton6 { private Singleton6() {} private static class SingletonHolder { private static final Singleton6 INSTANCE = new Singleton6(); } public static Singleton6 getInstance() { return Singleton6.SingletonHolder.INSTANCE; }}

• 枚举方式

  特点：线程安全，不存在线程同步问题，且单例对象在枚举类型INSTANCE第一次引用时通过枚举的构造函数初始化，因而实现了懒加载策略。

  实现：通过枚举类型初始化实例。

  public class Singleton7 { private Singleton7() {} enum SingletonEnum { INSTANCE; private final Singleton7 singleton7; private SingletonEnum() { singleton7 = new Singleton7(); } } public static Singleton7 getInstance() { return SingletonEnum.INSTANCE.singleton7; }}

  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，而且还能防止反序列化重新创建新的对象。不过，由于JDK 1.5中才加入enum特性，用这种方式写不免让人感觉生疏。

本文总结了七种Java中实现单例模式的方法，其中使用双重校验锁、静态内部类和枚举类的方式可以解决大部分问题。其中，极为推荐静态内部类和枚举类这两种实现方式。