定义

确保某一个类只有一个实例，
而且自行实例化并向整个系统提供这个实例。

使用场景

确保某个类有且只有一个对象的场景，
避免产生多个对象消耗过多的资源，
或者
某种类型的对象只应该有且只有一个。
例如，
创建一个对象需要消耗的资源过多，
如要访问IO和数据库等资源，这时就要考虑使用单例模式。

单例模式UML类图

• 角色：

（1）Client——高层客户端；
（2）Singleton——单例类。

• **实现单例模式的关键点：

（1）构造函数不对外开放，一般为Private；
（2）通过一个静态方法或者枚举返回单例类对象；
（3）确保单例类的对象有且只有一个，尤其是在多线程环境下；
（4）确保单例类对象在反序列化时不会重新构建对象。**

• **通过将单例类的构造函数私有化，

使得客户端代码不能通过 new 的形式手动构造单例类的对象。**

• **单例类会暴露一个公有静态方法，

客户端需要调用这个静态方法获取到单例类的唯一对象；**

• **在获取这个单例对象的过程中需要确保线程安全，

即在多线程环境下构造单例类的对象也是有且只有一个，
这也是实现的难点。**

重点，注意单例模式中 volatile的重要性

• Android（Java） | 如何使程序实现线程安全（拓展关键词：ThreadLocal、重排序、volatile/final）

单例的几种实现方式

1. 饿汉模式

**声明一个静态类对象，在声明时就己经初始化，
用户调用类对象get方法时，可以直接拿去用；
【一声明就初始化，所谓“饿”】**
如下，
CEO类使用了饿汉单例模式；

/**
 * 普通员工
 */
class Staff {
    public void work() {
        // 干活
    }
}
// 副总裁
class VP extends Staff {
    @Override
    public void work() {
        // 管理下面的经理
    }
}
// CEO， 饿汉单例模式
class CEO extends Staff {
    private static final CEO mCeo = new CEO();

    // 构造函数私有
    private CEO() {
    }

    // 公有的静态函数，对外暴露获取单例对象的接口
    public static CEO getCeo() {
        return mCeo;
    }
    @Override
    public void work() {
        // 管理VP
    }

}
// 公司类
class Company {
    private List<Staff> allPersons = new ArrayList<Staff>();

    public void addStaff(Staff per) {
        allPersons.add(per);
    }

    public void showAllStaffs() {
        for (Staff per : allPersons) {
            System.out.println("Obj : " + per.toString());
        }
    }
}
public class Test {
    public static void main(String[] args) {
        Company cp = new Company();
        // CEO对象只能通过getCeo函数获取
        Staff ceo1 = CEO.getCeo();
        Staff ceo2 = CEO.getCeo();
        cp.addStaff(ceo1);
        cp.addStaff(ceo2);
        // 通过new创建VP对象
        Staff vp1 = new VP();
        Staff vp2 = new VP();
        // 通过new创建Staff对象
        Staff staff1 = new Staff();
        Staff staff2 = new Staff();
        Staff staff3 = new Staff();

        cp.addStaff(vp1);
        cp.addStaff(vp2);
        cp.addStaff(staff1);
        cp.addStaff(staff2);
        cp.addStaff(staff3);

        cp.showAllStaffs();
    }
}

2. 懒汉模式

• **懒汉模式是声明一个静态对象，

并且在用户第一次调用getInstance时才进行初始化；
【“拖延”，等到调用才初始化，所谓“懒”！】**

    public class Singleton {
        private volatile static Singleton instance;
        private Singleton () {}
        public static synchronized Singleton getInstance() {
            if (instance == null) {
                instance = new Singleton ();
            }
            return instance;
        }
    }

• **getInstance()中添加了 synchronized 关键字，

也就是 getInstance()是一个同步方法，
即上面所说的在多线程情况下保证单例对象唯一性的手段。**

• **只不过这里可能有一个问题，

即使instance己经被初始化（第一次调用时就会被初始化instance），
每次调用getInstance方法都会进行同步，
这样会消耗不必要的资源，这也是懒汉单例模式存在的最大问题。**

• 优点：单例只有在使用时才会被实例化，在一定程度上节约了资源；
• **缺点：第一次加载时需要及时进行实例化，反应稍慢，

最大的问题是每次调用 getInstance都进行同步，造成不必要的同步开销。**

这种模式一般不建议使用！！！！！！！！！！

3. DoubleCheckLock(DCL)实现单例【双重校验锁】

• **优点：

资源利用率高，
第一次执行getInstance()时单例对象才会被实例化，效率高。
既能够在需要时才初始化单例，
又能够保证线程安全，
且单例对象初始化后每次调用getInstance()不进行同步锁，
减少不必要的同步开销：**

• **缺点：第一次加载时反应稍慢，

也由于 Java 内存模型的原因偶尔会失败。
在高并发环境下也有一定的缺陷，虽然发生概率很小。**

public class Singleton {
        private volatile static Singleton sInstance = null;
        private Singleton() {
        }
        public void doSomething() {
            System.out.println("do sth.");
        }
        public static Singleton getInstance() {
            if (mInstance == null) {
                synchronized (Singleton.class) {
                    if (mInstance == null) {
                        sInstance = new Singleton();
                    }
                }
            }
            return sInstance;
        }

• **static 保证单例；

volatile 禁止重排序；
getInstance() 用来获取实例；
synchronized 保证原子性、可见性、线程安全；**

• **亮点：getInstance()方法中对instance进行了两次判空：

第一层判断主要是为了避免不必要的同步【有实例则直接返回，没必要同步】，
第二层的判断则是为了在null的情况下创建实例
【可能第一层与第二层判断中途有其他线程初始化完成了单例，
单例不为null，就不用创建了】：

假设线程A和线程B先后访问了getInstance() ;
线程A执行到sInstance = new Singleton()语句，
这里看起来是一句代码，但实际上它并不是一个原子操作，
这句代码最终会被编译成多条汇编指令，它大致做了3件事情：
（1）给Singleton的实例分配内存；
（2）调用Singleton()的构造函数，初始化成员字段；
（3）将sInstance对象指向分配的内存空间（此时sInstance就不是null了）。

但是，由于Java编译器允许处理器乱序执行，
以及JDK1.5之前JMM（Java Memory Model，即Java内存模型）中Cache、
寄存器到主内存回写顺序的规定，
上面的第二和第三的顺序是无法保证的。【指令重排序】

即，执行顺序可能是1-2-3也可能是1-3-2。
如果是后者，并且在3执行完毕、2未执行之前，被切换到线程B上，
这时候sInstance因为己经在线程A内执行过了第三点，
sInstance己经是非空了，
所以，
线程B通过getInstance() 直接取走sInstance，
再使用时就会出错，这就是DCL失效问题，
而且这种难以跟踪难以重现的错误很可能会隐藏很久。
在JDK1.5之后，SUN官方己经注意到这种问题，
调整了JVM，具体化了volatile关键字，
因此，
如果JDK是1.5或之后的版本，
只需要将sInstance的定义改成private volatile static Singleton sInstance = null就可以保证sInstance对象每次都是从主内存中读取，
就可以使用DCL的写法来完成单例模式。
当然，volatile 或多或少也会影响到性能，
但考虑到程序的正确性，牺牲这点性能还是值得的。^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^**

• **DCL 模式是使用最多的单例实现方式！！！！

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它能够在需要时才实例化单例对象，
并且能够在绝大多数场景下保证单例对象的唯一性，
除非代码在并发场景比较复杂或者低于JDK 6版本下使用，
否则，这种方式一般能够满足需求。**

4. 静态内部类单例模式

• **DCL虽然在一定程度上解决了资源消耗、多余的同步、线程安全等问题，

但是，它还是在某些情况下出现失效的问题。
就是刚说的双重检查锁定（DCL）失效；**

• **在《Java 并发编程实践》一书的最后谈到了这个问题，

并指出这种“优化”是丑陋的，不赞成使用。
而建议使用如下的代码替代：**

public class Singleton {
        private Singleton() { }
        public static Singleton getInstance () {
            return SingletonHolder.sInstance;
        }
        /**
         * 静态内部类
         */
        private static class SingletonHolder {
            private static final Singleton sInstance = new Singleton();
        }
    }

• **当第一次加载Singleton类时并不会初始化sInstance，

只有在第一次调用Singleton的getInstance()时sInstance才会被初始化！！！
因此，
第一次调用getInstance()会导致虚拟机加载SingletonHolder类，
这种方式不仅能够确保线程安全，
也能够保证单例对象的唯一性，同时也延迟了单例的实例化，
所以这是推荐使用的单例模式实现方式。**

5. 枚举单例

除了以上几种方式，还有更简单的实现方式——枚举！：

public enum SingletonEnum {
        INSTANCE;
        public void doSomething() {
            System.out.println("do sth.");
        }
    }

• **优点突出：写法简单；
  

枚举在Java中与普通的类是一样的，
不仅能够有字段，还能够有自己的方法。

最重要的是默认枚举实例的创建是线程安全的，
并且在任何情况下它都是一个单例。

在上述的几种单例模式实现中，
在一个情况下它们会出现重新创建对象的情况，那就是反序列化。

通过序列化可以将一个单例的实例对象写到磁盘，
然后再读回来，从而有效地获得一个实例。

即使构造函数是私有的，
反序列化时依然可以通过特殊的途径去创建类的一个新的实例，
相当于调用该类的构造函数。
反序列化操作提供了一个很特别的钩子函数，
类中具有一个私有的、被实例化的方法readResolve()，
这个方法可以让开发人员控制对象的反序列化。
例如，
上述几个示例中如果要杜绝单例对象在被反序列化时重新生成对象，
那么必须加入如下方法：**

private Object readResolve() throws ObjectStreamException {
    return sInstance;
}

**即在readResolve()中将sInstance对象返回，
而不是默认的重新生成一个新的对象。
而对于枚举，并不存在这个问题，
因为即使反序列化它也不会重新生成新的实例。**

参考：

• 《Android源码设计模式解析与实战》