1、什么是单例模式
Ensure a class has only one instance, and provide a global point of access to it.
采取一定的办法保证在整个软件系统中，确保对于某个类只能存在一个实例。单例模式有如下三个特点：
①、单例类只能有一个实例
②、单例类必须自己创建自己的实例
③、单例类必须提供外界获取这个实例的方法
2、单例类的设计思想（Singleton）
①、外界不能创建这个类的实例，那么必须将构造器私有化。
publicclassSingleton {
//构造器私有化
privateSingleton(){
}
}
②、单例类必须自己创建自己的实例，不能允许在类的外部修改内部创建的实例。
比如将这个实例用 private 声明。为了外界能访问到这个实例，我们还必须提供 get 方法得到这个实例。因为外界不能 new 这个类，所以我们必须用 static 来修饰字段和方法。
//在类的内部自己创建实例
privatestatic Singleton singleton = new Singleton();
//提供get 方法以供外界获取单例
public Singleton getInstance(){
return singleton;
}
③、是否支持延迟加载？
有些情况下，创建某个实例耗时长，占用资源多，用的时候也少，我们会考虑在用到的时候才会去创建，这就是延迟加载。
但有些情况，按照 fail-fast 的设计原则（有问题及早暴露），比如某个实例占用资源很多，如果延迟加载，会在程序运行一段时间后OOM，如果在程序启动的时候就创建这个实例，我们就可以立即去修复，不会导致程序运行之后的系统奔溃。
所以，是否支持延迟加载需要结合实际情况考虑。
④、保证线程安全
这个是一定要考虑的，如果你写的单例类存在线程安全问题，那就是伪单例了。
3、单例类的几种实现方式
3.1 单例模式之饿汉模式
publicclassSingleton {
//构造器私有化
privateSingleton(){
}
//在类的内部自己创建实例
privatestatic Singleton singleton = new Singleton();
//提供get 方法以供外界获取单例
publicstatic Singleton getInstance(){
return singleton;
}
}
测试：
publicstaticvoidmain(String[] args) {
Singleton s1 = Singleton.getInstance();
Singleton s2 = Singleton.getInstance();
System.out.println(s1.equals(s2)); //true
}
这种模式在类加载的时候实例 singleton 就已经创建并初始化好了，所以是线程安全的。
不过这种模式不支持延迟加载，有可能这个实例化过程很长，那么就会加大类装载的时间；有可能这个实例现阶段根本用不到，那么创建了这个实例，也会浪费内存。但是还是我们前面说的，是否支持延迟加载，需要结合实际情况考虑。
3.2 单例模式之懒汉模式（线程不安全）
//懒汉模式
publicclassSingleton {
//构造器私有化
privateSingleton(){
}
//在类的内部自己创建实例的引用
privatestatic Singleton singleton = null;
//提供get 方法以供外界获取单例
publicstatic Singleton getInstance(){
if(singleton == null){
singleton = new Singleton();
}
return singleton;
}
}
这种方法达到了 lazy-loading 的效果，即我们在第一次需要得到这个单例的时候，才回去创建它的实例，以后再需要就可以不用创建，直接获取了。但是这种设计在多线程的情况下是不安全的。
我们可以创建两个线程来看看这种情况：
publicclassThreadSingletonextendsThread{
@Override
publicvoidrun() {
try {
System.out.println(Singleton.getInstance());
} catch (Exception e) {
e.printStackTrace();
}
}
publicstaticvoidmain(String[] args) {
ThreadSingleton s1 = new ThreadSingleton();
s1.start(); //com.ys.pattern.Singleton@5994a1e9
ThreadSingleton s2 = new ThreadSingleton();
s2.start(); //com.ys.pattern.Singleton@40dea6bc
}
}
很明显：最后输出结果的两个实例是不同的。这便是线程安全问题。那么怎么解决这个问题呢？
参考这篇博客：Java多线程同步：http://www.cnblogs.com/ysocean/p/6883729.html
3.3 单例模式之懒汉模式（线程安全）
这里我们采用同步代码块来达到线程安全
//懒汉模式线程安全
publicclassSingleton {
//构造器私有化
privateSingleton(){
}
//在类的内部自己创建实例的引用
privatestatic Singleton singleton = null;
//提供get 方法以供外界获取单例
publicstatic Singleton getInstance()throws Exception{
synchronized (Singleton.class) {
if(singleton == null){
singleton = new Singleton();
}
}
return singleton;
}
}
我们给 getInstance() 方法创建实例时加了一把锁 synchronzed，这样会导致这个方法的并发为1，相当于串行操作，如果这个单例在实际项目中会频繁被调用，那就会频繁加锁，释放锁，会有性能瓶颈，不推荐此种方式。
3.4 单例模式之懒汉模式（线程安全）--双重校验锁
分析：上面的例子我们可以看到，synchronized 其实将方法内部的所有语句都已经包括了，每一个进来的线程都要单独进入同步代码块，判断实例是否存在，这就造成了性能的浪费。那么我们可以想到，其实在第一次已经创建了实例的情况下，后面再获取实例的时候，可不可以不进入这个同步代码块？
//懒汉模式线程安全--双重锁校验
publicclassSingleton {
//构造器私有化
privateSingleton(){
}
//在类的内部自己创建实例的引用
privatestatic Singleton singleton = null;
//提供get 方法以供外界获取单例
publicstatic Singleton getInstance()throws Exception{
if(singleton == null){
synchronized (Singleton.class) {
if(singleton == null){
singleton = new Singleton();
}
}
}
return singleton;
}
}
以上的真的完美解决了单例模式吗？其实并没有，请看下面：
3.5 单例模式之最终版
我们知道编译就是将源代码翻译成机械码的过程，而Java虚拟机的目标代码不是本地机器码，而是虚拟机代码。编译原理里面有个过程是编译优化，就是指在不改变原来语义的情况下，通过调整语句的顺序，来让程序运行的更快，这个过程称为 reorder。
JVM 只是一个标准，它并没有规定有关编译器优化的内容，也就是说，JVM可以自由的实现编译器优化。
那么我们来再来考虑一下，创建一个变量需要哪些步骤？
①、申请一块内存，调用构造方法进行初始化
②、分配一个指针指向该内存
而这两步谁先谁后呢？也就是存在这样一种情况：先开辟一块内存，然后分配一个指针指向该内存，最后调用构造方法进行初始化。
那么针对单例模式的设计，就会存在这样一个问题：线程 A 开始创建 Singleton 的实例，此时线程 B已经调用了 getInstance的（）方法，首先判断 instance 是否为 null。而我们上面说的那种模型， A 已经把 instance 指向了那块内存，只是还没来得及调用构造方法进行初始化，因此 B 检测到 instance 不为 null，于是直接把 instance 返回了。那么问题出现了：尽管 instance 不为 null，但是 A 并没有构造完成，就像一套房子已经给了你钥匙，但是里面还没有装修，你并不能住进去。
解决方案：使用 volatile 关键字修饰 instance
我们知道在当前的Java内存模型下，线程可以把变量保存在本地内存（比如机器的寄存器）中，而不是直接在主存中进行读写。这就可能造成一个线程在主存中修改了一个变量的值，而另外一个线程还继续使用它在寄存器中的变量值的拷贝，造成数据的不一致。
volatile修饰的成员变量在每次被线程访问时，都强迫从共享内存中重读该成员变量的值。而且，当成员变量发生变化时，强迫线程将变化值回写到共享内存。这样在任何时刻，两个不同的线程总是看到某个成员变量的同一个值。
//懒汉模式线程安全--volatile
publicclassSingleton {
//构造器私有化
privateSingleton(){
}
//在类的内部自己创建实例的引用
privatestaticvolatile Singleton singleton = null;
//提供get 方法以供外界获取单例
publicstatic Singleton getInstance()throws Exception{
if(singleton == null){
synchronized (Singleton.class) {
if(singleton == null){
singleton = new Singleton();
}
}
}
return singleton;
}
}
到此我们完美的解决了单例模式的问题。但是 volatile 关键字是 JDK1.5 才有的，也就是 JDK1.5 之前是不能这样用的
3.6 2021年4月补充
上面我们说要加关键字 volatile ，禁止指令重排，防止单例对象new 出来后，并且赋值给 singleton，但是还没来得及初始化这个问题。
现在高版本的 Java（JDK9） 已经在 JDK 内部实现中解决了这个问题，把对象的 new 操作和初始化操作设计为 原子操作。
相关参考链接：
https://shipilev.net/blog/2014/safe-public-construction
https://chriswhocodes.com/vm-options-explorer.html
3.7 单例模式之枚举类
publicenum Singleton{
INSTANCE;
privateSingleton(){}
}
通过Java枚举类的自身特性，保证实例创建的线程安全和唯一性。
3.8 单例模式之静态内部类
publicclassInnerSingleton {
privateInnerSingleton() {
}
publicstatic InnerSingleton getInstance() {
return Inner.instance;
}
staticclassInner {
static InnerSingleton instance = new InnerSingleton();
}
publicstaticvoidmain(String[] args) {
System.out.println(InnerSingleton.getInstance() == InnerSingleton.getInstance());//true
System.out.println(InnerSingleton.getInstance().equals(InnerSingleton.getInstance()));//true
}
}
4、单例模式的应用
说了那么多，那么单例模式在实际项目中有啥用呢？
还是根据其核心概念，某个数据在系统中只能存在一份，就可以设计为单例。
1、windows 系统的回收站，我们能在任何盘符删除数据，但是最后都是到了回收站中
2、网站的计数器，不采用单例模式，很难实现同步
3、数据库连接池，可以节省打开或关闭数据库连接所引起的效率损耗，用单例模式来维护，可以大大降低这种损耗。当然对于海量数据系统，会存在多个数据库连接池，比如一个能够快速执行SQL的连接池，还有一个是慢SQL，如果都放在一个池里面，会导致慢SQL执行的时候，长时间占用数据库连接资源，导致其他SQL请求无法响应。
4、系统的配置信息类，通常只存在一个。
