真的搞明白了单例模式

凡事预则立，不预则废。无论在面试安卓还是Java的时候，面试官总会提及单例模式。对于有些工作经验的应聘者来说或许能写出懒汉式，但应对面试官接下来诸如多线程情况或者从性能优化角度的刁难或许无从下手。今天就单例模式做一个全面而又透彻的总结，以应对面试中的刁难

面试初体验

单例模式又称单件模式：确保一个类只有一个实例，并提供一个全局访问点。

package com.icedcap.singleton;

/**

 * Thread dangerous

 * Created by doushuqi on 14-9-1.

 */
public class Singleton1 {

    private static Singleton1 uniqueInstance;

    private Singleton1() {

    }

    public static Singleton1 getInstance() {
        if (uniqueInstance == null) {
            uniqueInstance = new Singleton1();
        }
        return uniqueInstance;
    }
}

这种方式的单例是存有隐患的，当在多线程中单例的效果就有可能失效了，因为它不是线程安全的编码方式。

解决方法很简单，让它线程安全不就行了！！如下代码：

package com.icedcap.singleton;

/**

 * add synchronized

 * Created by doushuqi on 14-9-1.

 */
public class Singleton1 {

    private static Singleton1 uniqueInstance;

    private Singleton1() {

    }

    public static synchronized Singleton1 getInstance() {
        if (uniqueInstance == null) {
            uniqueInstance = new Singleton1();
        }
        return uniqueInstance;
    }
}

可是当我们运用到大型系统中我们又不得不考虑同步造成性能问题?

怎么办呢？

其实事物总是有两面性，不可能在追求性能的时候还要考虑线程安全问题，那么就需要我们在开发软件过程中遇到具体问题就要具体分析到底应用哪种类型的单例模式。

改善方法：

• 如果getInstance（）的性能对应用程序不是很关键，就什么都不做。

• 使用“急切”创建实例，而不是延迟实例化的做法（也就是俗称的饿汉式）

package com.icedcap.singleton;

/**恶汉式

 * Created by doushuqi on 14-9-1.

 */
public class Singleton2 {
    private static Singleton2 uniqueInstance = new Singleton2();

    private Singleton2() {

    }

    public static Singleton2 getInstance() {
        return uniqueInstance;
    }
}

这种方法利用JVM在加载类时马上创建唯一实例，从而保障任何线程访问getInstance之前就创建唯一实例。

• 用“检查加锁”，在getInstance（）中减少使用同步

首先检查是否实例已经创建了，如果尚未创建，“才”进行同步。这样一来，只有第一次会同步，这正是我们想要的。

package com.icedcap.singleton;

/**

 * double-checked locking

 * Created by doushuqi on 14-9-1.

 */
public class Singleton3 {
    private volatile static Singleton3 uniqueInstance;

    private Singleton3() {

    }

    public static Singleton3 getInstance() {

        if (uniqueInstance == null) {
            synchronized (Singleton3.class) {
                if (uniqueInstance == null) {
                    uniqueInstance = new Singleton3();
                }
            }
        }
        return uniqueInstance;
    }
}

注意:volatile关键字确保当uniqueInstance变量被初始化成Singleton3实例时，多个线程正确的处理uniqueInstance变量。

大部分情况下回答出以上内容就能顺利过关了。但是有的面试官到此还不善罢甘休，继续问一些刁钻的问题。下面给出最全的单例七种表现形式，并解释实现原理以及优缺点。

最全的单例模式

第一种（懒汉，线程不安全）：

public class Singleton {  

    private static Singleton instance;  

    private Singleton (){}  

    public static Singleton getInstance() {  
        if (instance == null) {  
            instance = new Singleton();  
        }  
        return instance;  
    }  
}

这种写法lazy loading很明显，但是致命的是在多线程不能正常工作。（延时加载）

第二种（懒汉，线程安全）：

public class Singleton {  

    private static Singleton instance;  

    private Singleton (){}  

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

这种写法能够在多线程中很好的工作，而且看起来它也具备很好的lazy loading，但是，遗憾的是，效率很低，99%情况下不需要同步。

第三种（饿汉）：

public class Singleton {  

    private static Singleton instance = new Singleton();  

    private Singleton (){}  

    public static Singleton getInstance() {  
        return instance;  
    }  
}

这种方式基于classloder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。

第四种（饿汉，变种）：

public class Singleton {  
    private Singleton instance = null;  

    static {  
        instance = new Singleton();  
    }  

    private Singleton (){}  

    public static Singleton getInstance() {  
        return this.instance;  
    }  
}

表面上看起来差别挺大，其实和第三种方式差不多，都是在类初始化即实例化instance。

第五种（静态内部类）：

public class Singleton {  
    private static class SingletonHolder {  
        private static final Singleton INSTANCE = new Singleton();  
    }  

    private Singleton (){}  

    public static final Singleton getInstance() {  
        return SingletonHolder.INSTANCE;  
    }  
}

这种方式同样利用了classloder的机制来保证初始化instance时只有一个线程，它跟第三种和第四种方式不同的是（很细微的差别）：第三种和第四种方式是只要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，只有显示通过调用getInstance方法时，才会显示装载SingletonHolder类，从而实例化instance。想象一下，如果实例化instance很消耗资源，我想让他延迟加载，另外一方面，我不希望在Singleton类加载时就实例化，因为我不能确保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，这种方式相比第三和第四种方式就显得很合理。

第六种（枚举）：

public enum Singleton {  
    INSTANCE;  
    public void whateverMethod() {  

    }  
}

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，而且还能防止反序列化重新创建新的对象，可谓是很坚强的壁垒啊，不过，个人认为由于1.5中才加入enum特性，用这种方式写不免让人感觉生疏，在实际工作中，我也很少看见有人这么写过。

第七种（双重校验锁）：

public class Singleton {  
    private volatile static Singleton singleton;  
    private Singleton (){}  

    public static Singleton getSingleton() {  
        if (singleton == null) {  
            synchronized (Singleton.class) {  
                if (singleton == null) {  
                    singleton = new Singleton();  
                }  
            }  
        }  
        return singleton;  
    }  
}

这个是第二种方式的升级版，俗称双重检查锁定，详细介绍请查看：http://www.ibm.com/developerworks/cn/java/j-dcl.html

在JDK1.5之后，双重检查锁定才能够正常达到单例效果。

总结

比较:

饿汉式是线程安全的,在类创建的同时就已经创建好一个静态的对象供系统使用,以后不在改变

 懒汉式如果在创建实例对象时不加上synchronized则会导致对对象的访问不是线程安全的

 推荐使用第一种 

从实现方式来讲他们最大的区别就是懒汉式是延时加载,

他是在需要的时候才创建对象,而饿汉式在虚拟机启动的时候就会创建,

饿汉式无需关注多线程问题、写法简单明了、能用则用。但是它是加载类时创建实例，所以如果是一个工厂模式、缓存了很多实例、那么就得考虑效率问题，因为这个类一加载则把所有实例不管用不用一块创建。

懒汉式的优点是延时加载、缺点是应该用同步（想改进的话现在还是不可能，比如double-check）、其实也可以不用同步、看你的需求了，多创建一两个无引用的废对象其实也没什么大不了。

有两个问题需要注意：

1. 如果单例由不同的类装载器装入，那便有可能存在多个单例类的实例。假定不是远端存取，例如一些servlet容器对每个servlet使用完全不同的类装载器，这样的话如果有两个servlet访问一个单例类，它们就都会有各自的实例。

2. 如果Singleton实现了java.io.Serializable接口，那么这个类的实例就可能被序列化和复原。不管怎样，如果你序列化一个单例类的对象，接下来复原多个那个对象，那你就会有多个单例类的实例。

对第一个问题修复的办法是：

private static Class getClass(String classname)      

                                         throws ClassNotFoundException {     

      ClassLoader classLoader = Thread.currentThread().getContextClassLoader();
      if(classLoader == null) {
         classLoader = Singleton.class.getClassLoader();     
      }
      return (classLoader.loadClass(classname));     
   }     
}

对第二个问题修复的办法是：

public class Singleton implements java.io.Serializable {     
   public static Singleton INSTANCE = new Singleton();          

   protected Singleton() {            

   }     
   private Object readResolve() {     
            return INSTANCE;     
      }    
}

对个人而言，比较偏爱第三种和第五种方式，简单易懂，而且在JVM层实现了线程安全（如果不是多个类加载器环境），一般的情况下，我会使用第三种方式，只有在要明确实现lazy loading效果时才会使用第五种方式，另外，如果涉及到反序列化创建对象时我会试着使用枚举的方式来实现单例。