关于“单例模式”的具体讲解请看笔者博客
《设计模式》第二部分 创建型设计模式 第7章 单例模式（A：C++实现）
此文是“单例模式”的Java实现。
使用Java实现单例模式主要有两大类懒汉式（线程不安全）和饿汉式（线程安全）方法。下面介绍使用Java实现的单例模式。
1.懒汉式，线程不安全
是否 Lazy 初始化：是
是否多线程安全：否
实现难度：易
这种方式是最基本的实现方式，这种实现最大的问题就是不支持多线程。因为没有加锁 synchronized，所以严格意义上它并不算单例模式。这种方式 lazy loading 很明显，不要求线程安全，在多线程不能正常工作。
接下来介绍的几种实现方式都支持多线程，但是在性能上有所差异。
package com;
public class Singleton1 {
private static Singleton1 instance;
private Singleton1(){}
public static Singleton1 getInstance() {
if (instance == null) {
instance = new Singleton1();
}
return instance;
}
public void showMessage(){
System.out.println("Singleton1!");
}
}
测试：
package com;
public class Main {
public static void main(String[] args) {
//不合法的构造函数
//编译时错误：构造函数 Singleton1() 是不可见的
// Singleton1 object = new Singleton1();
//获取唯一可用的对象
Singleton1 object = Singleton1.getInstance();
//显示消息
object.showMessage();
}
}
结果如下所示：
2.懒汉式，线程安全
是否 Lazy 初始化：是
是否多线程安全：是
实现难度：易
这种方式具备很好的 lazy loading，能够在多线程中很好的工作，但是，效率很低，99% 情况下不需要同步。
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。
getInstance() 的性能对应用程序不是很关键（该方法使用不太频繁）。
package com;
public class Singleton2 {
private static Singleton2 instance;
private Singleton2(){}
public static synchronized Singleton2 getInstance() {
if (instance == null) {
instance = new Singleton2();
}
return instance;
}
public void showMessage(){
System.out.println("Singleton2!");
}
}
测试：
package com;
public class Main {
public static void main(String[] args) {
//获取唯一可用的对象
Singleton2 object1 = Singleton2.getInstance();
Singleton2 object2 = Singleton2.getInstance();
//显示消息
object1.showMessage();
object2.showMessage();
if(object1 == object2)
{
System.out.println("Create unique objects!");;
}
}
}
结果如下所示：
3.饿汉式
是否 Lazy 初始化：否
是否多线程安全：是
实现难度：易
描述：这种方式比较常用，但容易产生垃圾对象。
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。
它基于 classloader 机制避免了多线程的同步问题，不过，instance 在类装载时就实例化，虽然导致类装载的原因有很多种，在单例模式中大多数都是调用 getInstance 方法， 但是也不能确定有其他的方式（或者其他的静态方法）导致类装载，这时候初始化 instance 显然没有达到 lazy loading 的效果。
package com;
public class Singleton3 {
private static Singleton3 instance = new Singleton3();
private Singleton3(){}
public static Singleton3 getInstance() {
return instance;
}
public void showMessage(){
System.out.println("Singleton3!");
}
}
测试：
package com;
public class Main {
public static void main(String[] args) {
//获取唯一可用的对象
Singleton3 object1 = Singleton3.getInstance();
Singleton3 object2 = Singleton3.getInstance();
//显示消息
object1.showMessage();
object2.showMessage();
if(object1 == object2)
{
System.out.println("Create unique objects!");;
}
}
}
结果如下所示：
4、双检锁/双重校验锁（DCL，即 double-checked locking）
JDK 版本：JDK1.5 起
是否 Lazy 初始化：是
是否多线程安全：是
实现难度：较复杂
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。getInstance() 的性能对应用程序很关键。
package com;
public class Singleton4 {
private volatile static Singleton4 instance;
private Singleton4(){}
public static Singleton4 getInstance() {
if (instance == null) {
synchronized (Singleton4.class) {
if (instance == null) {
instance = new Singleton4();
}
}
}
return instance;
}
public void showMessage(){
System.out.println("Singleton4!");
}
}
测试：
package com;
public class Main {
public static void main(String[] args) {
//获取唯一可用的对象
Singleton4 object1 = Singleton4.getInstance();
Singleton4 object2 = Singleton4.getInstance();
//显示消息
object1.showMessage();
object2.showMessage();
if(object1 == object2)
{
System.out.println("Create unique objects!");;
}
}
}
结果如下所示：
5、登记式/静态内部类
是否 Lazy 初始化：是
是否多线程安全：是
实现难度：一般
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。
这种方式同样利用了 classloader 机制来保证初始化 instance 时只有一个线程，它跟第 3 种方式不同的是：第 3 种方式只要 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。
package com;
public class Singleton5 {
private static class SingletonHolder {
private static final Singleton5 INSTANCE = new Singleton5();
}
private Singleton5 (){}
public static final Singleton5 getInstance() {
return SingletonHolder.INSTANCE;
}
public void showMessage(){
System.out.println("Singleton5!");
}
}
测试：
package com;
public class Main {
public static void main(String[] args) {
//获取唯一可用的对象
Singleton5 object1 = Singleton5.getInstance();
Singleton5 object2 = Singleton5.getInstance();
//显示消息
object1.showMessage();
object2.showMessage();
if(object1 == object2)
{
System.out.println("Create unique objects!");;
}
}
}
结果如下所示：
6、枚举
JDK 版本：JDK1.5 起
是否 Lazy 初始化：否
是否多线程安全：是
实现难度：易
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。
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，而且还自动支持序列化机制，防止反序列化重新创建新的对象，绝对防止多次实例化。不过，由于 JDK1.5 之后才加入 enum 特性，用这种方式写不免让人感觉生疏，在实际工作中，也很少用。不能通过 reflection attack 来调用私有构造方法。
public enum Singleton {
INSTANCE;
public void whateverMethod() {
}
}
一般情况下，不建议使用第 1 种和第 2 种懒汉方式，建议使用第 3 种饿汉方式。只有在要明确实现 lazy loading 效果时，才会使用第 5 种登记方式。如果涉及到反序列化创建对象时，可以尝试使用第 6 种枚举方式。如果有其他特殊的需求，可以考虑使用第 4 种双检锁方式。
7、lock
在jdk1.5之后，并发包中新增了Lock接口(以及相关实现类)用来实现锁功能，Lock接口提供了与synchronized关键字类似的同步功能，但需要在使用时手动获取锁和释放锁。虽然Lock接口没有synchronized关键字自动获取和释放锁那么便捷，但Lock接口却具有了锁的可操作性，可中断获取以及超时获取锁等多种非常实用的同步特性，除此之外Lock接口还有两个非常强大的实现类重入锁和读写锁。
查阅API，查阅Lock接口描述，Lock 实现提供了比使用 synchronized 方法和语句可获得的更广泛的锁定操作。
class X {
private final ReentrantLock lock = new ReentrantLock();
public void fun() {
lock.lock(); // block until condition holds
try {
// ... method body
} finally {
lock.unlock()
}
}
}
Lock提供了一个更加面对对象的锁，在该锁中提供了更多的操作锁的功能。我们使用Lock接口，以及其中的lock()方法和unlock()方法替代同步，代码如下：
package com;
import java.util.concurrent.locks.Lock;
import java.util.concurrent.locks.ReentrantLock;
public class Singleton6 {
//创建Lock锁对象
static Lock ck = new ReentrantLock();
private static Singleton6 instance;
private Singleton6 (){}
public static Singleton6 getInstance() {
if (instance == null) {
ck.lock();
if(instance == null)
{
instance = new Singleton6();
}
ck.unlock();
}
return instance;
}
public void showMessage(){
System.out.println("Singleton6!");
}
}
结果如下所示：
