单例模式的几种实现

单例模式（Singleton Pattern）属于创建型模式，它提供了一种创建单一对象的方式。

单例模式保证一个类仅有一个实例，并提供一个访问它的全局访问点。

通常，我们在new一个对象时，不能防止它被实例化多次，怎样保证它只被实例化一次呢，一个最好的办法就是让这个类自身去创建并保存它的唯一实例，再提供一个访问该实例的公共方法，那么就能保证它被实例化一次了。

说完单例模式的分类和概念，我们再说说它的具体应用。在开发和设计过程中什么时候会用到单例模式呢，什么时候我们的类只需要实例化一次呢，有些时候我们只是想节约系统资源，但有些时候我们因为功能需求只能实例化一个对象，比如：

• 大家基本上天天都在接触的，windows的任务管理器；
• web中的计数器，一般使用单例做缓存；
• web中读取配置对象
• 数据库连接池
• 序列号生成
• ...

关于单例模式的应用场景，具体可以参考http://www.cnblogs.com/BrainDeveloper/p/3192417.html

本文着重写单例模式的四种实现，包括懒汉式、饿汉式、静态内部类，登记式单例模式。我知道网上已经写了很多这方面的总结了，但我也想尽可能按照自己的理解来总结一下。

1、懒汉式单例模式

我们先直接来看这段代码：

package designpatterns.singleton;/** * 懒汉式单例模式 * @Description: 在被引用时才会实例化自己 * @author YanTu * @date 2017年4月25日 上午10:07:52 */public class Singleton1 {private static Singleton1 instance;//构造方法私有化，防止外界利用new创建此实例的可能private Singleton1() {}//此方法是获得本类实例的唯一全局访问点public static Singleton1 getInstance(){//若实例不存在，则new一个新实例，否则返回已有的实例if(instance == null){instance = new Singleton1();}return instance;}}

客户端测试代码：

package designpatterns.singleton;/** * 单例模式测试 * @Description: 测试是否为单例 * @author YanTu * @date 2017年4月25日 上午9:59:17 */public class SingletonTest {public static void main(String[] args) {Singleton1 s1 = Singleton1.getInstance();Singleton1 s2 = Singleton1.getInstance();if(s1 == s2){System.out.println("两个对象是相同的实例");}}}

我们可以看出单例模式除了封装它的唯一实例以外，还可以严格的控制访问，所以单例模式的最佳理解就是对唯一实例的受控访问。

以上代码我们可以看出懒汉式单例模式仅仅在客户端引用getInstance()方法时才创建实例，因此才被称之为懒汉式单例。但是，这种类型的单例模式，在多线程环境下会出现安全问题。比如多个线程同时访问Singleton1类，调用getInstance()方法，会有可能创建多个实例的。那么这时候我们就会想到在getInstance()方法上加一个同步锁，代码如下：

public static synchronized Singleton1 getInstance(){//若实例不存在，则new一个新实例，否则返回已有的实例if(instance == null){instance = new Singleton1();}return instance;}

这样就保证了在多线程环境下同时访问不会造成多个实例的生成。但是新的问题又来了，不管这个实例是否已存在，每个线程进来都要排队，这样做很大的影响性能，对于高并发的系统来说是致命的，所以还得继续优化：

package designpatterns.singleton;/** * 懒汉式单例模式 * @Description: 在被引用时才会实例化自己 * @author YanTu * @date 2017年4月25日 上午10:07:52 */public class Singleton1 {private static Singleton1 instance;//构造方法私有化，防止外界利用new创建此实例的可能private Singleton1() {}//此方法是获得本类实例的唯一全局访问点public static synchronized Singleton1 getInstance(){if(instance == null){//保证线程同步synchronized (Singleton1.class) {//若实例不存在，则new一个新实例，否则返回已有的实例if(instance == null){instance = new Singleton1();}}}return instance;}}

现在这样，我们就不用让线程每次访问都加锁，而是在实例未被创建的时候再加锁处理，同时也能保证多线程的安全，这种做法叫做双重锁定。

我们需要注意的是synchronized中不能是instance，也就是说不能用对象锁，只能用类锁，因为这里instance实例还未被创建，所以不能对它加锁。

可能还有人会问为什么要对instance做两次判空，这个时候我们思考一下就知道了，如果instance为null并且同时有两个线程调用getInstance时，它们将通过第一次判断，然后由于同步锁机制，仅有一个进程进入，另一个则排队等候，而此时如果没有第二次判空操作，第一个进程创建了实例，第二个进程还是可以继续创建新的实例，这样就达不到单例的目的了。

其实除了懒汉式单例模式，另外几种单例模式的实现都不会有线程安全的问题，接下来我们先看看饿汉式的实现。

2、饿汉式单例模式

我们先来看看代码:

package designpatterns.singleton;/** * 饿汉式单例模式 * @Description: 类加载时就会实例化自己 * @author YanTu * @date 2017年4月25日 下午3:30:59 */public class Singleton2 {private static Singleton2 instance = new Singleton2();private Singleton2(){}public static Singleton2 getInstance(){return instance;}}

饿汉式单例模式，顾名思义，加载的时候就开始实例化了，事先就准备好了，什么时候要就什么时候取。因为提前实例化，也避免了懒汉式单例中所出现的线程安全问题。

不过这种实现的问题是，不管我们是否引用，内存中都会有这么一个实例，这样势必会降低内存的使用率，有没有什么方法可以避免呢，有，延迟加载，也就是下面这种实现方式。

3、静态内部类形式的单例模式

package designpatterns.singleton;/** * 静态内部类形式的单例模式 * @Description: 使用SingletonHolder静态内部类持有单例对象，则可在引用时再加载实例，以达到懒加载的目的 * @author YanTu * @date 2017年4月25日 下午4:11:49 */public class Singleton3 {private Singleton3(){}private static class SingletonHolder{private final static Singleton3 INSTANCE = new Singleton3();}public static Singleton3 getInstance(){return SingletonHolder.INSTANCE;}}

静态内部类形式的单例模式通过在内部类中定义静态属性，并在引用getInstance()方法时再进行加载并获取，以此达到了懒加载的目的，因此在内存使用率、线程安全上都有较大的优势。

以上3种实现，都存在反射和反序列化漏洞，也就是说针对上面几种单例的实现，通过反射方式仍然可以创建多个单例，而让模式失效。不过已经有同仁在研究这个漏洞了，比如：http://blog.csdn.net/hardwin/article/details/51477359

4、登记式单例模式

登记式单例实际上是对一组单例进行维护，通过map保存，在调用时先判断单例是否已经创建，是则直接返回，否则创建一个并登记到map中，并返回。这种方式有点像爬虫队列的遍历，访问过则放入已访问队列，只不过这里是map而已。spring容器对于单例Bean的管理通常会用到这种模式，这里就暂时不做补充了。看到大家关于单例模式的分享里面还有枚举形式的实现，本人暂未做研究，待以后详细研究后再做补充。