设计模式 - 创建型模式分类之单例模式

单例（Singleton）模式的定义：指一个类只有一个实例，且该类能自行创建这个实例的一种模式。例如，Windows 中只能打开一个任务管理器，这样可以避免因打开多个任务管理器窗口而造成内存资源的浪费，或出现各个窗口显示内容的不一致等错误。

1. 单例模式三个特点

单例类只有一个实例对象；

该单例对象必须由单例类自行创建；

单例类对外提供一个访问该单例的全局访问点

2.单例模式的实现

单例模式是设计模式中最简单的模式之一。该类自身必须定义一个静态私有实例，并向外提供一个静态的公有函数用于创建或获取该静态私有实例。

2.1 懒汉式

懒汉式中线程不安全的方式：

是否Lazy初始化：是

是否多线程安全：否

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

懒汉式中线程安全的方式：

是否Lazy初始化：是

是否多线程安全：是

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。

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

2.2 饿汉式

是否Lazy初始化：否

是否多线程安全：是

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。

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

2.3 双检锁/双重校验锁（DCL，即 double-checked locking）

JDK1.5 起

是否Lazy初始化：是

是否多线程安全：是

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。

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;  
    }  
}

2.4 登记式/静态内部类

是否Lazy初始化：是

是否多线程安全：是

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。

注：

它跟2.2方式不同的是：2.2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;  
    }  
}

2.5 枚举

JDK1.5 起

是否Lazy初始化：否

是否多线程安全：是

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。

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

3. 总结

一般情况下，不建议使用 2.1 懒汉方式，建议使用 2.2 饿汉方式。只有在要明确实现 lazy loading 效果时，才会使用 2.4 登记方式。如果涉及到反序列化创建对象时，可以尝试使用 2.5 枚举方式。如果有其他特殊的需求，可以考虑使用 2.3 双检锁方式。