小知识，大挑战！本文正在参与“程序员必备小知识”创作活动

单例模式（Singleton Pattern）是 Java 中最简单的设计模式之一。这种类型的设计模式属于创建型模式，它提供了一种创建对象的最佳方式。

这种模式涉及到一个单一的类，该类负责创建自己的对象，同时确保只有单个对象被创建。这个类提供了一种访问其唯一的对象的方式，可以直接访问，不需要实例化该类的对象。

比如Hibernate的SessionFactory，它充当数据存储源的代理，并负责创建Session 对象。SessionFactory并不是轻量级的，一般情况下，一个项目通常只需要一个 SessionFactory就够，这是就会使用到单例模式。

结构分析

一个单例类只能有一个对象实例，所以我们应该把类的构造方法私有化，让外界不能通过构造方法创建方法；因为我们将构造方法私有化了，外界无法直接创建对象，因此我们需要创建一个公共的获取类的对象的方法

单例模式有八种方式：

饿汉式(静态常量)
饿汉式（静态代码块）
懒汉式(线程不安全)
懒汉式(线程安全，同步方法)
懒汉式(线程安全，同步代码块)
双重检查
静态内部
类枚举

饿汉式（静态常量）

创建实例步骤：

构造器私有化
类的内部创建对象

向外暴露一个静态的公共方法

public class SingletonTest01 {

public static void main(String[] args) {
	//测试
	Singleton instance = Singleton.getInstance();
	Singleton instance2 = Singleton.getInstance();
	System.out.println(instance == instance2); // true
	System.out.println("instance.hashCode=" + instance.hashCode());
	System.out.println("instance2.hashCode=" + instance2.hashCode());
}

}

//饿汉式(静态变量)

class Singleton {

//1. 构造器私有化, 外部能new
private Singleton() {
	
}

//2.本类内部创建对象实例
private final static Singleton instance = new Singleton();

//3. 提供一个公有的静态方法，返回实例对象
public static Singleton getInstance() {
	return instance;
}

}

结果分析：

优点：

写法简单，在类装载的时候就可以完成实例化，避免了线程同步问题

缺点：

应为在类装载的时候就实例化，没有达到Lazy Loading的效果，如果我们没有一直没有使用这个实例，就会造成内存浪费。

饿汉式（静态代码块）

public class SingletonTest02 {

	public static void main(String[] args) {
		//测试
		Singleton instance = Singleton.getInstance();
		Singleton instance2 = Singleton.getInstance();
		System.out.println(instance == instance2); // true
		System.out.println("instance.hashCode=" + instance.hashCode());
		System.out.println("instance2.hashCode=" + instance2.hashCode());
	}

}

//饿汉式(静态变量)

class Singleton {
	
	//1. 构造器私有化, 外部能new
	private Singleton() {
		
	}
	

	//2.本类内部创建对象实例
	private  static Singleton instance;
	
	static { // 在静态代码块中，创建单例对象
		instance = new Singleton();
	}
	
	//3. 提供一个公有的静态方法，返回实例对象
	public static Singleton getInstance() {
		return instance;
	}
	
}

这种方式和商一种方式的区别就是创建实例的方式不同

懒汉式（线程不安全）

public class SingletonTest03 {

	public static void main(String[] args) {
		System.out.println("懒汉式1 ， 线程不安全~");
		Singleton instance = Singleton.getInstance();
		Singleton instance2 = Singleton.getInstance();
		System.out.println(instance == instance2); // true
		System.out.println("instance.hashCode=" + instance.hashCode());
		System.out.println("instance2.hashCode=" + instance2.hashCode());
	}

}

class Singleton {
	private static Singleton instance;
	
	private Singleton() {}
	
	//提供一个静态的公有方法，当使用到该方法时，才去创建 instance
	//即懒汉式
	public static Singleton getInstance() {
		if(instance == null) {
			instance = new Singleton();
		}
		return instance;
	}
}

解决了饿汉式浪费的问题，起到了Lazy Loading的效果，但是只能在单线程下使用
如果在多线程下，一个线程进入了if (singleton == null)判断语句块，还未来得及往下执行，另一个线程也通过了这个判断语句，这时便会产生多个实例。所以在多线程环境下不可使用这种方式

在实际开发中，不能使用这种方式。

懒汉式（线程安全，同步方法）

public class SingletonTest04 {

	public static void main(String[] args) {
		System.out.println("懒汉式2 ， 线程安全~");
		Singleton instance = Singleton.getInstance();
		Singleton instance2 = Singleton.getInstance();
		System.out.println(instance == instance2); // true
		System.out.println("instance.hashCode=" + instance.hashCode());
		System.out.println("instance2.hashCode=" + instance2.hashCode());
	}

}

// 懒汉式(线程安全，同步方法)
class Singleton {
	private static Singleton instance;
	
	private Singleton() {}
	
	//提供一个静态的公有方法，加入同步处理的代码，解决线程安全问题
	//即懒汉式
	public static synchronized Singleton getInstance() {
		if(instance == null) {
			instance = new Singleton();
		}
		return instance;
	}
}

解决了线程不安全的问题
效率太低了，每个线程想要获得实例的时候；执行getInstance()方法都要进行同步。而其实这个方法只执行一次实例化代码就够了，后面的想获得该类实例，直接return就行了。方法进行同步效率太低

不推荐使用这种方式

双重检查

public class SingletonTest06 {

	public static void main(String[] args) {
		System.out.println("双重检查");
		Singleton instance = Singleton.getInstance();
		Singleton instance2 = Singleton.getInstance();
		System.out.println(instance == instance2); // true
		System.out.println("instance.hashCode=" + instance.hashCode());
		System.out.println("instance2.hashCode=" + instance2.hashCode());
		
	}

}

// 懒汉式(线程安全，同步方法)
class Singleton {
	private static volatile Singleton instance;
	
	private Singleton() {}
	
	//提供一个静态的公有方法，加入双重检查代码，解决线程安全问题, 同时解决懒加载问题
	//同时保证了效率, 推荐使用
	
	public static synchronized Singleton getInstance() {
		if(instance == null) {
			synchronized (Singleton.class) {
				if(instance == null) {
					instance = new Singleton();
				}
			}
			
		}
		return instance;
	}
}

synchronized(不做过多解释)

同步块大家都比较熟悉，通过 synchronized 关键字来实现，所有加上synchronized 和块语句，在多线程访问的时候，同一时刻只能有一个线程能够用synchronized 修饰的方法或者代码块。

volatile

用volatile修饰的变量，线程在每次使用变量的时候，都会读取变量修改后的最的值。

双重检查的概念是多线程开发中常用的，在代码中，我们进行了两次if(singleton==null)的检查，这样就可以保证线程安全
实例化代码只用执行一次，后面再次访问时，判断if(singleton==null)，直接return实例化对象，也避免了反复进行方法同步
线程安全；延迟加载；效率较高

推荐使用这种单例的设计模式

静态内部类

public class SingletonTest07 {

	public static void main(String[] args) {
		System.out.println("使用静态内部类完成单例模式");
		Singleton instance = Singleton.getInstance();
		Singleton instance2 = Singleton.getInstance();
		System.out.println(instance == instance2); // true
		System.out.println("instance.hashCode=" + instance.hashCode());
		System.out.println("instance2.hashCode=" + instance2.hashCode());
		
	}

}

// 静态内部类完成， 推荐使用
class Singleton {
	private static volatile Singleton instance;
	
	//构造器私有化
	private Singleton() {}
	
	//写一个静态内部类,该类中有一个静态属性 Singleton
	private static class SingletonInstance {
		private static final Singleton INSTANCE = new Singleton(); 
	}
	
	//提供一个静态的公有方法，直接返回SingletonInstance.INSTANCE
	
	public static synchronized Singleton getInstance() {
		
		return SingletonInstance.INSTANCE;
	}
}

采用了类装载机制保证了初始化实例时只有一个线程
静态内部类方式在Singleton类被装载时并不会立即实例化，而是在需要实例化时，调用getInstance方法，才会装载SingletonInstance类，从而完成Singleton的实例化
类的静态属性只会在第一次加载类的时候初始化，所以在这里，JVM帮助我们保证了线程的安全性，在类进行初始化时，别的线程是无法进入的
避免了线程不安全，利用静态内部类特点实现延迟加载，效率高

枚举

public class SingletonTest08 {
	public static void main(String[] args) {
		Singleton instance = Singleton.INSTANCE;
		Singleton instance2 = Singleton.INSTANCE;
		System.out.println(instance == instance2);
		
		System.out.println(instance.hashCode());
		System.out.println(instance2.hashCode());
		
		instance.sayOK();
	}
}

//使用枚举，可以实现单例, 推荐
enum Singleton {
	INSTANCE; //属性
	public void sayOK() {
		System.out.println("ok~");
	}
}

枚举类型是线程安全的，并且只会装载一次，设计者充分的利用了枚举的这个特性来实现单例模式，枚举的写法非常简单，而且枚举类型是所用单例实现中唯一种不会被破坏的单例实现模式。
不仅能避免多线程同步问题，而且还能防止反序列化重新创建新的对象。

单例模式在JDK的应用

java.lang.Runtime就是经典的单例模式(饿汉式)

public class Runtime {
    private static Runtime currentRuntime = new Runtime();

    /**
     * Returns the runtime object associated with the current Java application.
     * Most of the methods of class <code>Runtime</code> are instance
     * methods and must be invoked with respect to the current runtime object.
     *
     * @return  the <code>Runtime</code> object associated with the current
     *          Java application.
     */
    public static Runtime getRuntime() {
        return currentRuntime;
    }

    /** Don't let anyone else instantiate this class */
    private Runtime() {}
    ...
}

类中方法

public class RuntimeDemo {
    public static void main(String[] args) throws IOException {
        //获取Runtime类对象
        Runtime runtime = Runtime.getRuntime();

        //返回 Java 虚拟机中的内存总量。
        System.out.println(runtime.totalMemory());
        //返回 Java 虚拟机试图使用的最大内存量。
        System.out.println(runtime.maxMemory());

        //创建一个新的进程执行指定的字符串命令，返回进程对象
        Process process = runtime.exec("ipconfig");
        //获取命令执行后的结果，通过输入流获取
        InputStream inputStream = process.getInputStream();
        byte[] arr = new byte[1024 * 1024* 100];
        int b = inputStream.read(arr);
        System.out.println(new String(arr,0,b,"gbk"));
    }
}

注意事项

单例模式保证了系统内存中该类只存在一个对象，节省了系统资源，对于一些需要频繁创建销毁的对象，使用单例模式可以提高系统性能
当想实例化一个单例类的时候，必须要记住使用相应的获取对象的方法，而不是使用new
单例模式使用的场景：需要频繁的进行创建和销毁的对象、创建对象时耗时过多或耗费资源过多(即：重量级对象)，但又经常用到的对象、工具类对象、频繁访问数据库或文件的对象(比如数据源、session工厂等)

设计模式之单例模式