单例设计模式(8种)

单例模式的优点：

设计模式(“套路”)是在大量的实践中总结和理论化之后优选的代码结构、编程风格、以及解决问题的思考方式。设计模式免去我们自己再思考和摸索。设计模式就像是经典的棋谱，不同的棋局，我们用不同的棋谱
所谓类的单例设计模式,就是采取一定的方法保证在整个的软件系统中,对某个类只能存在一个对象实例,并且该类只提供一个取得其对象实例的方法。如果我们要让类在一个虚拟机中只能产生一个对象,我们首先必须将类的构造器的访问权限设置为 private ,这样,就不能用 new 操作符在类的外部产生类的对象了,但在类内部仍可以产生该类的对象。因为在类的外部开始还无法得到类的对象,只能调用该类的某个静态方法以返回类内部创建的对象,静态方法只能访问类中的静态成员变量,所以,指向类内部产生的该类对象的变量也必须定义成静态的。

单例模式主要分为饿汉式和懒汉式：
饿汉式：（创建时就已经存在对象）
   坏处：对象加载时间过长。
   好处：饿汉式是线程安全的。
懒汉式：
   好处：延迟对象的创建

单例模式的优点：

由于单例模式值生成一个实例，减少了系统性能开销，当一个对象的产生需要比较多的资源时，如读取配置、产生其他依靠对象时，则可以用过在应用启动时直接产生一个单例对象，然后永远驻留内存的方式来解决。

一、饿汉式(静态属性)

步骤如下:
构造器私有化 (防止 new )。
类的内部创建对象。
向外暴露一个静态的公共方法。
public class SingletonMode01 {
    //1.构造器私有化 (防止在类的外部产生类的对象)
    private SingletonMode01(){
    }
    //2.类的内部创建对象(静态属性)
    private static SingletonMode01 instance = new SingletonMode01();
    //3.向外暴露一个静态的公共方法。getInstance
    public static SingletonMode01 getInstance(){
        return instance;
    }
}
优缺点：
优点:这种写法比较简单，就是在类装载的时候就完成实例化。避免了线程同步问题。
缺点:在类装载的时候就完成实例化，没有达到Lazy Loading的效果。如果从始至终从未使用过这个实例，则会造成内存的浪费。
这种单例模式可用，可能造成内存浪费
是线程安全的
类加载的时候执行
JVM 保证了类加载的过程是线程安全的

二、饿汉式(静态代码块)

步骤如下:
与1相同就是对静态常量赋值时在静态代码块中执行
public class SingletonMode02 {
    //1.构造器私有化 (防止 new )
    private SingletonMode02(){

    }
    //2.类的内部创建对象(静态常量)
    private static SingletonMode02 instance;
    //在静态代码中对静态常量赋值
    static{
        instance = new SingletonMode02();
    }
    //3.向外暴露一个静态的公共方法。getInstance
    public static SingletonMode02 getInstance(){
        return instance;
    }
}
优缺点:
这种方式和上面的方式其实类似，只不过将类实例化的过程放在了静态代码块中，也是在类装载的时候，就执行静态代码块中的代码，初始化类的实例。优缺点和上面是一样的。
这种单例模式可用，但是可能造成内存浪费

三、懒汉式(线程不安全)
public class SingletonMode03 {
    private static SingletonMode03 instance = null;
    private SingletonMode03(){
    }
    //当调用getInstance才创建单例对象，饿汉式
    public static SingletonMode03 getInstance(){
        if(instance == null){
            instance = new SingletonMode03();//只在第一次的时候执行
        }
        return instance;
    }
}
优缺点:
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 (instance == 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，不要使用这种方式。

四、懒汉式(线程安全，同步方法)
public class SingletonMode04 {
    private static SingletonMode04 instance = null;
    private SingletonMode04(){
    }
    //加入了同步方法，解决线程不安全问题
    public static synchronized SingletonMode04 getInstance(){
        if(instance == null){
            instance = new SingletonMode04();
        }
        return instance;
    }
}
优缺点:
解决了线程不安全问题
效率太低了，每个线程在想获得类的实例时候，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。
在实际开发中，不推荐使用这种方式。

五、懒汉式(线程安全，同步代码块)
public class SingletonMode05 {
    private static SingletonMode05 instance = null;
    private SingletonMode05 (){
    }
    //加入了同步代码块，解决线程不安全问题
    public static SingletonMode05 getInstance(){
        if(instance == null){
            synchronized (SingletonMode05.class){
                instance = new SingletonMode05();
            }
        }
        return instance;
    }
}
优缺点：
这种方式，本意是想对第四种实现方式的改进，因为前面同步方法效率太低，改为同步产生实例化的的代码块。
但是这种同步并不能起到线程同步的作用。跟第3种实现方式遇到的情形一致，假如一个线程进入了if (instance == 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
在实际开发中，不能使用这种方式

六、双重检查

volatile关键字:
1. 保证变量的可见性：当一个被volatile关键字修饰的变量被一个线程修改的时候，其他线程可以立刻得到修改之后的结果。
当一个线程向被volatile关键字修饰的变量写入数据的时候，虚拟机会强制它被值刷新到主内存中。
当一个线程用到被volatile关键字修饰的值的时候，虚拟机会强制要求它从主内存中读取。
2. 屏蔽指令重排序：指令重排序是编译器和处理器为了高效对程序进行优化的手段；
它只能保证程序执行的结果时正确的，但是无法保证程序的操作顺序与代码顺序一致。
这在单线程中不会构成问题，但是在多线程中就会出现问题。
非常经典的例子是在单例方法中同时对字段加入voliate，就是为了防止指令重排序。
public class SingletonMode06 {
    private static volatile SingletonMode06 instance = null;
    private SingletonMode06() {
    }
    //使用双重检查
    public static SingletonMode06 getInstance() {
        //为了性能考虑，让争抢锁的操作，至发生在instance被实例化之前
        if(instance == null){
            //只有instance还没有初始化时,才会走到这个分支
            //这里没有锁保护,所以理论上可以有很多线程同时走到这个分支
            //通过加锁操作，保护check-update的原子性
            synchronized (SingletonMode06.class){
                //加锁之后才能执行
                //第一个抢到锁的线程,看到的instance是null
                //其他抢到锁的线程,看到的instance不是null
                //保证了instance只会被实例化一次
                if(instance == null){//instance是共享数据
                    instance = new SingletonMode06();//只在第一次的时候执行
                }
            }
        }
        return instance;
    }
}
单例模式的双重锁为什么要加volatile

需要volatile关键字的原因是，在并发情况下，如果没有volatile关键字，在第5行会出现问题。instance = new TestInstance();可以分解为3行伪代码
a. memory = allocate() //分配内存
b. ctorInstanc(memory) //初始化对象
c. instance = memory //设置instance指向刚分配的地址
上面的代码在编译运行时，可能会出现重排序从a-b-c排序为a-c-b。在多线程的情况下会出现以下问题。当线程A在执行第5行代码时，B线程进来执行到第2行代码。假设此时A执行的过程中发生了指令重排序，即先执行了a和c，没有执行b。那么由于A线程执行了c导致instance指向了一段地址，所以B线程判断instance不为null，会直接跳到第6行并返回一个未初始化的对象

优缺点：
Double-Check概念是多线程开发中常使用到的，如代码中所示，我们进行了两次if (instance == null)检查，这样就可以保证线程安全了。
这样，实例化代码只用执行一次，后面再次访问时，判断if (instance == null)，直接return实例化对象，也避免的反复进行方法同步。
这种方法线程安全;延迟加载;效率较高
在实际开发中，推荐使用这种单例设计模式

七、静态内部类
public class SingletonMode07 {
    private SingletonMode07(){
    }
    private static class SingletonModeInstance{
        private static final SingletonMode07 INSTANCE = new SingletonMode07();
    }
    public static SingletonMode07  getInstance(){
        return SingletonModeInstance.INSTANCE;
    }
}
优缺点：
这种方式采用了类装载的机制来保证初始化实例时只有一个线程。
静态内部类方式在SingletonMode07类被装载时INSTANCE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SingletonModeInstance类，从而完成SingletonMode07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。
这种方式避免了线程不安全，利用静态内部类特点实现延迟加载，效率高
推荐使用这种方法。

八、枚举
public enum SingletonMode08 {
    INSTANCE("单例模式",123456);

    private String name;
    private int number;

    SingletonMode08(String name, int number) {
        this.name = name;
        this.number = number;
    }

    @Override
    public String toString() {
        return "SingletonMode08{" +
                "name='" + name + '\'' +
                ", number=" + number +
                '}';
    }
}
优缺点:
这借助JDK1.5中添加的枚举来实现单例模式。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。
这种方式是Effective Java作者Josh Bloch 提倡的方式
这种方式推荐使用

单例设计模式小结

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)