概述
單例模式（Singleton Pattern）是 Java 中最簡單的設(shè)計(jì)模式之一。這種類型的設(shè)計(jì)模式屬于創(chuàng)建型模式，它提供了一種創(chuàng)建對象的最佳方式。
這種模式涉及到一個單一的類，該類負(fù)責(zé)創(chuàng)建自己的對象，同時確保只有單個對象被創(chuàng)建。這個類提供了一種訪問其唯一的對象的方式，可以直接訪問，不需要實(shí)例化該類的對象。
注意：
1、單例類只能有一個實(shí)例。
2、單例類必須自己創(chuàng)建自己的唯一實(shí)例。
3、單例類必須給所有其他對象提供這一實(shí)例。
四大原則
- 構(gòu)造私有。
- 以靜態(tài)方法或者枚舉返回實(shí)例。
- 確保實(shí)例只有一個，尤其是多線程環(huán)境。
- 確保反序列換時不會重新構(gòu)建對象。
實(shí)現(xiàn)方式
餓漢模式、懶漢模式、雙重鎖懶漢模式、靜態(tài)內(nèi)部類模式、枚舉模式等，下面我們來一一列舉。
- 懶漢式 線程不安全
public class SingleTon{
private static SingleTon INSTANCE = null;
private SingleTon(){}
public static SingleTon getInstance() {
if (INSTANCE == null) {
INSTANCE = new SingleTon();
}
return INSTANCE；
}
}
懶漢模式在方法被調(diào)用后才創(chuàng)建對象，以時間換空間，在多線程環(huán)境下存在風(fēng)險。
- 餓漢式 線程安全
public class SingleTon{
private static SingleTon INSTANCE = new SingleTon();
private SingleTon(){}
public static SingleTon getInstance() {
return INSTANCE;
}
}
所謂餓漢模式就是立即加載，一般情況下再調(diào)用getInstance()方法之前就已經(jīng)產(chǎn)生了實(shí)例，也就是在類加載的時候已經(jīng)產(chǎn)生了。這種模式的缺點(diǎn)很明顯，就是占用資源，當(dāng)單例類很大的時候，其實(shí)我們是想使用的時候再產(chǎn)生實(shí)例。因此這種方式適合占用資源少，在初始化的時候就會被用到的類。
- 雙重鎖懶漢模式(Double Check Lock)
public class SingleTon{
private static SingleTon INSTANCE = null;
private SingleTon(){}
public static SingleTon getInstance(){if(INSTANCE == null){
synchronized(SingleTon.class){
if(INSTANCE == null){
INSTANCE = new SingleTon();
}
}
return INSTANCE;
}
}
}
DCL模式的優(yōu)點(diǎn)就是，只有在對象需要被使用時才創(chuàng)建，第一次判斷 INSTANCE == null為了避免非必要加鎖，當(dāng)?shù)谝淮渭虞d時才對實(shí)例進(jìn)行加鎖再實(shí)例化。這樣既可以節(jié)約內(nèi)存空間，又可以保證線程安全。但是，由于jvm存在亂序執(zhí)行功能，DCL也會出現(xiàn)線程不安全的情況。
具體分析：
INSTANCE = new SingleTon();
這個步驟，其實(shí)在jvm里面的執(zhí)行分為三步：
- 在堆內(nèi)存開辟內(nèi)存空間。
- 在堆內(nèi)存中實(shí)例化SingleTon里面的各個參數(shù)。
- 把對象指向堆內(nèi)存空間。
由于jvm存在亂序執(zhí)行功能，所以可能在2還沒執(zhí)行時就先執(zhí)行了3，如果此時再被切換到線程B上，由于執(zhí)行了3，INSTANCE 已經(jīng)非空了，會被直接拿出來用，這樣的話，就會出現(xiàn)異常。這個就是著名的DCL失效問題。
不過在JDK1.5之后，官方也發(fā)現(xiàn)了這個問題，故而具體化了volatile，即在JDK1.6及以后，只要定義為private volatile static SingleTon INSTANCE = null;就可解決DCL失效問題。volatile確保INSTANCE每次均在主內(nèi)存中讀取，這樣雖然會犧牲一點(diǎn)效率，但也無傷大雅。
- 靜態(tài)內(nèi)部類模式 線程安全
public class SingleTon{
private SingleTon(){}
private static class SingleTonHoler{
private static SingleTon INSTANCE = new SingleTon();
}
public static SingleTon getInstance(){
return SingleTonHoler.INSTANCE;
}
}
靜態(tài)內(nèi)部類的優(yōu)點(diǎn)是：外部類加載時并不需要立即加載內(nèi)部類，內(nèi)部類不被加載則不去初始化INSTANCE，故而不占內(nèi)存。即當(dāng)SingleTon第一次被加載時，并不需要去加載SingleTonHoler，只有當(dāng)getInstance()方法第一次被調(diào)用時，才會去初始化INSTANCE,第一次調(diào)用getInstance()方法會導(dǎo)致虛擬機(jī)加載SingleTonHoler類，這種方法不僅能確保線程安全，也能保證單例的唯一性，同時也延遲了單例的實(shí)例化。
如何保證線程安全?
先了解一下類的加載時機(jī)
類加載時機(jī)：JAVA虛擬機(jī)在有且僅有的5種場景下會對類進(jìn)行初始化。
- 遇到
new、getstatic、setstatic或者invokestatic這4個字節(jié)碼指令時，對應(yīng)的java代碼場景為：new一個關(guān)鍵字或者一個實(shí)例化對象時、讀取或設(shè)置一個靜態(tài)字段時(final修飾、已在編譯期把結(jié)果放入常量池的除外)、調(diào)用一個類的靜態(tài)方法時。 - 使用
java.lang.reflect包的方法對類進(jìn)行反射調(diào)用的時候，如果類沒進(jìn)行初始化，需要先調(diào)用其初始化方法進(jìn)行初始化。 - 當(dāng)初始化一個類時，如果其父類還未進(jìn)行初始化，會先觸發(fā)其父類的初始化。
- 當(dāng)虛擬機(jī)啟動時，用戶需要指定一個要執(zhí)行的主類(包含main()方法的類)，虛擬機(jī)會先初始化這個類。
- 當(dāng)使用JDK 1.7等動態(tài)語言支持時，如果一個
java.lang.invoke.MethodHandle實(shí)例最后的解析結(jié)果REF_getStatic、REF_putStatic、REF_invokeStatic的方法句柄，并且這個方法句柄所對應(yīng)的類沒有進(jìn)行過初始化，則需要先觸發(fā)其初始化。
這5種情況被稱為是類的主動引用，注意，這里《虛擬機(jī)規(guī)范》中使用的限定詞是"有且僅有"，那么，除此之外的所有引用類都不會對類進(jìn)行初始化，稱為被動引用。靜態(tài)內(nèi)部類就屬于被動引用的行列。
我們再回頭看下getInstance()方法，調(diào)用的是SingleTonHoler.INSTANCE，取的是SingleTonHoler里的INSTANCE對象，跟上面那個DCL方法不同的是，getInstance()方法并沒有多次去new對象，故不管多少個線程去調(diào)用getInstance()方法，取的都是同一個INSTANCE對象，而不用去重新創(chuàng)建。當(dāng)getInstance()方法被調(diào)用時，SingleTonHoler才在SingleTon的運(yùn)行時常量池里，把符號引用替換為直接引用，這時靜態(tài)對象INSTANCE也真正被創(chuàng)建，然后再被getInstance()方法返回出去，這點(diǎn)同餓漢模式。
INSTANCE在創(chuàng)建過程中又是如何保證線程安全的呢？
在《深入理解JAVA虛擬機(jī)》中，有這么一句話:
虛擬機(jī)會保證一個類的
<clinit>()方法在多線程環(huán)境中被正確地加鎖、同步，如果多個線程同時去初始化一個類，那么只會有一個線程去執(zhí)行這個類的<clinit>()方法，其他線程都需要阻塞等待，直到活動線程執(zhí)行<clinit>()方法完畢。如果在一個類的<clinit>()方法中有耗時很長的操作，就可能造成多個進(jìn)程阻塞(需要注意的是，其他線程雖然會被阻塞，但如果執(zhí)行<clinit>()方法后，其他線程喚醒之后不會再次進(jìn)入<clinit>()方法。同一個加載器下，一個類型只會初始化一次。)，在實(shí)際應(yīng)用中，這種阻塞往往是很隱蔽的。
可以看出INSTANCE在創(chuàng)建過程中是線程安全的，所以說靜態(tài)內(nèi)部類形式的單例可保證線程安全，也能保證單例的唯一性，同時也延遲了單例的實(shí)例化。
缺點(diǎn)
靜態(tài)內(nèi)部類也有著一個致命的缺點(diǎn)，就是傳參的問題，由于是靜態(tài)內(nèi)部類的形式去創(chuàng)建單例的，故外部無法傳遞參數(shù)進(jìn)去，例如Context這種參數(shù)，所以，我們創(chuàng)建單例時，可以在靜態(tài)內(nèi)部類與DCL模式里自己斟酌。
- 枚舉單例 線程安全
public enum SingleTon{
INSTANCE;
public void method(){
//TODO
}
}
枚舉在java中與普通類一樣，都能擁有字段與方法，而且枚舉實(shí)例創(chuàng)建是線程安全的，在任何情況下，它都是一個單例。我們可直接以SingleTon.INSTANCE方式使用
