單例模式的實現(xiàn)方式有哪些？

單例模式(Singleton Pattern)是Java中最簡單的設(shè)計模式之一。這種類型的設(shè)計模式屬于創(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，不需要實例化該類的對象。

1.單例模式的結(jié)構(gòu)

單例模式的主要有以下角色：

·單例類。只能創(chuàng)建一個實例的類

·訪問類。使用單例類

2. 單例模式的實現(xiàn)

單例設(shè)計模式分類兩種：

餓漢式：類加載就會導(dǎo)致該單實例對象被創(chuàng)建

懶漢式：類加載不會導(dǎo)致該單實例對象被創(chuàng)建，而是首次使用該對象時才會創(chuàng)建

2.1 餓漢式-方式1(靜態(tài)變量方式)

/**
 * 餓漢式
 *      靜態(tài)變量創(chuàng)建類的對象
 */
public class Singleton {
    //私有構(gòu)造方法
    private Singleton() {}

    //在成員位置創(chuàng)建該類的對象
    private static Singleton instance = new Singleton();

    //對外提供靜態(tài)方法獲取該對象
    public static Singleton getInstance() {
        return instance;
    }
}

說明：

該方式在成員位置聲明Singleton類型的靜態(tài)變量，并創(chuàng)建Singleton類的對象instance。instance對象是隨著類的加載而創(chuàng)建的。如果該對象足夠大的話，而一直沒有使用就會造成內(nèi)存的浪費。

2.2 餓漢式-方式2(靜態(tài)代碼塊方式)

/**
 * 惡漢式
 *      在靜態(tài)代碼塊中創(chuàng)建該類對象
 */
public class Singleton {

    //私有構(gòu)造方法
    private Singleton() {}

    //在成員位置創(chuàng)建該類的對象
    private static Singleton instance;

    static {
        instance = new Singleton();
    }

    //對外提供靜態(tài)方法獲取該對象
    public static Singleton getInstance() {
        return instance;
    }
}

說明：

該方式在成員位置聲明Singleton類型的靜態(tài)變量，而對象的創(chuàng)建是在靜態(tài)代碼塊中，也是對著類的加載而創(chuàng)建。所以和餓漢式的方式1基本上一樣，當(dāng)然該方式也存在內(nèi)存浪費問題。

2.3 懶漢式-方式1(線程不安全)

/**
 * 懶漢式
 *  線程不安全
 */
public class Singleton {
    //私有構(gòu)造方法
    private Singleton() {}

    //在成員位置創(chuàng)建該類的對象
    private static Singleton instance;

    //對外提供靜態(tài)方法獲取該對象
    public static Singleton getInstance() {

        if(instance == null) {
            instance = new Singleton();
        }
        return instance;
    }
}

說明：

從上面代碼我們可以看出該方式在成員位置聲明Singleton類型的靜態(tài)變量，并沒有進(jìn)行對象的賦值操作，那么什么時候賦值的呢?當(dāng)調(diào)用getInstance()方法獲取Singleton類的對象的時候才創(chuàng)建Singleton類的對象，這樣就實現(xiàn)了懶加載的效果。但是，如果是多線程環(huán)境，會出現(xiàn)線程安全問題。

2.4 懶漢式-方式2(線程安全)

/**
 * 懶漢式
 *  線程安全
 */
public class Singleton {
    //私有構(gòu)造方法
    private Singleton() {}

    //在成員位置創(chuàng)建該類的對象
    private static Singleton instance;

    //對外提供靜態(tài)方法獲取該對象
    public static synchronized Singleton getInstance() {

        if(instance == null) {
            instance = new Singleton();
        }
        return instance;
    }
}

說明：

該方式也實現(xiàn)了懶加載效果，同時又解決了線程安全問題。但是在getInstance()方法上添加了synchronized關(guān)鍵字，導(dǎo)致該方法的執(zhí)行效果特別低。從上面代碼我們可以看出，其實就是在初始化instance的時候才會出現(xiàn)線程安全問題，一旦初始化完成就不存在了。

2.5 懶漢式-方式3(雙重檢查鎖)

/**
 * 雙重檢查方式
 */
public class Singleton { 

    //私有構(gòu)造方法
    private Singleton() {}

    private static Singleton instance;

   //對外提供靜態(tài)方法獲取該對象
    public static Singleton getInstance() {
		//第一次判斷，如果instance不為null，不進(jìn)入搶鎖階段，直接返回實例
        if(instance == null) {
            synchronized (Singleton.class) {
                //搶到鎖之后再次判斷是否為null
                if(instance == null) {
                    instance = new Singleton();
                }
            }
        }
        return instance;
    }
}

再來討論一下懶漢模式中加鎖的問題，對于 getInstance() 方法來說，絕大部分的操作都是讀操作，讀操作是線程安全的，所以我們沒必讓每個線程必須持有鎖才能調(diào)用該方法，我們需要調(diào)整加鎖的時機(jī)。由此也產(chǎn)生了一種新的實現(xiàn)模式：雙重檢查鎖模式

雙重檢查鎖模式是一種非常好的單例實現(xiàn)模式，解決了單例、性能、線程安全問題，上面的雙重檢測鎖模式看上去完美無缺，其實是存在問題，在多線程的情況下，可能會出現(xiàn)空指針問題，出現(xiàn)問題的原因是JVM在實例化對象的時候會進(jìn)行優(yōu)化和指令重排序操作。

要解決雙重檢查鎖模式帶來空指針異常的問題，只需要使用 volatile 關(guān)鍵字, volatile 關(guān)鍵字可以保證可見性和有序性。

/**
 * 雙重檢查方式
 */
public class Singleton {

    //私有構(gòu)造方法
    private Singleton() {}

    private static volatile Singleton instance;

   //對外提供靜態(tài)方法獲取該對象
    public static Singleton getInstance() {
		//第一次判斷，如果instance不為null，不進(jìn)入搶鎖階段，直接返回實際
        if(instance == null) {
            synchronized (Singleton.class) {
                //搶到鎖之后再次判斷是否為空
                if(instance == null) {
                    instance = new Singleton();
                }
            }
        }
        return instance;
    }
}

小結(jié)：

添加 volatile 關(guān)鍵字之后的雙重檢查鎖模式是一種比較好的單例實現(xiàn)模式，能夠保證在多線程的情況下線程安全也不會有性能問題。

2.6 懶漢式-方式4(靜態(tài)內(nèi)部類方式)

靜態(tài)內(nèi)部類單例模式中實例由內(nèi)部類創(chuàng)建，由于 JVM 在加載外部類的過程中, 是不會加載靜態(tài)內(nèi)部類的, 只有內(nèi)部類的屬性/方法被調(diào)用時才會被加載, 并初始化其靜態(tài)屬性。靜態(tài)屬性由于被 static 修飾，保證只被實例化一次，并且嚴(yán)格保證實例化順序。

/**
 * 靜態(tài)內(nèi)部類方式
 */
public class Singleton {

    //私有構(gòu)造方法
    private Singleton() {}

    private static class SingletonHolder {
        private static final Singleton INSTANCE = new Singleton();
    }

    //對外提供靜態(tài)方法獲取該對象
    public static Singleton getInstance() {
        return SingletonHolder.INSTANCE;
    }
}

說明：

第一次加載Singleton類時不會去初始化INSTANCE，只有第一次調(diào)用getInstance，虛擬機(jī)加載SingletonHolder

并初始化INSTANCE，這樣不僅能確保線程安全，也能保證 Singleton 類的唯一性。

小結(jié)：

靜態(tài)內(nèi)部類單例模式是一種優(yōu)秀的單例模式，是開源項目中比較常用的一種單例模式。在沒有加任何鎖的情況下，保證了多線程下的安全，并且沒有任何性能影響和空間的浪費。

2.7 枚舉方式

枚舉類實現(xiàn)單例模式是極力推薦的單例實現(xiàn)模式，因為枚舉類型是線程安全的，并且只會裝載一次，設(shè)計者充分的利用了枚舉的這個特性來實現(xiàn)單例模式，枚舉的寫法非常簡單，而且枚舉類型是所用單例實現(xiàn)中唯一一種不會被破壞的單例實現(xiàn)模式。

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/**
 * 枚舉方式
 */
public enum Singleton {
    INSTANCE;
}

說明：

枚舉方式屬于惡漢式方式。

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