本文详细介绍了Java中单例模式的实现方式，包括懒汉式、饿汉式和登记式单例，重点对比了懒汉式与饿汉式的区别，并讨论了线程安全问题。
Java中单例模式是一种常见的设计模式，单例模式的写法有好几种，这里主要介绍三种：懒汉式单例、饿汉式单例、登记式单例。
优点：
- 内存中只有一个对象，减少内存开支；
- 单例可避免对资源的多重占用，例如写文件动作，可避免对同一资源文件的同时写操作。
缺点：
- 单例模式一般没有接口，扩展很困难； ——单例并不是用来继承的。
- 不利于测试，并行开发时，若单例未完成，则不能进行测试；
- 与单一职责原则冲突，把“要单例”和业务逻辑融合在一个类中。
单例模式有以下特点：
1、单例类只能有一个实例。2、单例类必须自己创建自己的唯一实例。
3、单例类必须给所有其他对象提供这一实例。
单例模式确保某个类只有一个实例，而且自行实例化并向整个系统提供这个实例。在计算机系统中，线程池、缓存、日志对象、对话框、打印机、显卡的驱动程序对象常被设计成单例。这些应用都或多或少具有资源管理器的功能。每台计算机可以有若干个打印机，但只能有一个Printer Spooler，以避免两个打印作业同时输出到打印机中。每台计算机可以有若干通信端口，系统应当集中管理这些通信端口，以避免一个通信端口同时被两个请求同时调用。总之，选择单例模式就是为了避免不一致状态。
一、懒汉式单例
//懒汉式单例类.在第一次调用的时候实例化自己
public class Singleton {
private Singleton() {}
private static Singleton single=null;
//静态工厂方法
public static Singleton getInstance() {
if (single == null) {
single = new Singleton();
}
return single;
}
} 【关于反射：只有反射在类内部调用的时候，类的唯一性才会失效，但是如果反射是在类外部的话，则如果类的构造函数为private则会出现异常（java.lang.IllegalAccessException: Class Test can not access a member of class Ttest with modifiers "private"）】
但是以上懒汉式单例的实现没有考虑线程安全问题，它是线程不安全的，并发环境下很可能出现多个Singleton实例，要实现线程安全，有以下三种方式，都是对getInstance这个方法改造，保证了懒汉式单例的线程安全，如果你第一次接触单例模式，对线程安全不是很了解，可以先跳过下面这三小条，去看饿汉式单例，等看完后面再回头考虑线程安全的问题：
1、在getInstance方法上加同步
public static synchronized Singleton getInstance() {
if (single == null) {
single = new Singleton();
}
return single;
} 但是synchronized方法会降低性能，尤其这里仅当第一次调用getInstance时才需要同步，只有执行//2代码行时才需要同步。
2、 双重检查锁定
<span style="font-size:12px;">//注意volatile！！！！！！！！！！！！！！！！！
private volatile static Singleton instance;
public static Singleton getInstance(){
//第一次null检查
if(instance == null){
synchronized(Singleton.class) { //1
//第二次null检查
if(instance == null){ //2
instance = new Singleton();//3
}
}
}
return instance;</span>为什么要用volatile：无序写入
如果不用volatile，则因为内存模型允许所谓的“无序写入”，可能导致失败。——某个线程可能会获得一个未完全初始化的实例。
考察上述代码中的 //3 行。此行代码创建了一个 Singleton 对象并初始化变量 instance 来引用此对象。这行代码的问题是：在Singleton 构造函数体执行之前，变量instance 可能成为非 null 的！
什么？这一说法可能让您始料未及，但事实确实如此。
在解释这个现象如何发生前，请先暂时接受这一事实，我们先来考察一下双重检查锁定是如何被破坏的。假设上述代码执行以下事件序列：
1. 线程 1 进入 getInstance() 方法。
2. 由于 instance 为 null，线程 1 在 //1 处进入synchronized 块。
3. 线程 1 前进到 //3 处，但在构造函数执行之前，使实例成为非null。
4. 线程 1 被线程 2 预占。
5. 线程 2 检查实例是否为 null。因为实例不为 null，线程 2 将instance 引用返回，返回一个构造完整但部分初始化了的Singleton 对象。
6. 线程 2 被线程 1 预占。
7. 线程 1 通过运行 Singleton 对象的构造函数并将引用返回给它，来完成对该对象的初始化。
public static Singleton getInstance()
{
if (instance == null)
{
synchronized(Singleton.class) { //1
Singleton inst = instance; //2
if (inst == null)
{
synchronized(Singleton.class) { //3
inst = new Singleton(); //4
}
instance = inst; //5
}
}
}
return instance;
} 这里的关键行是 //5。此行应该确保 instance 只为 null 或引用一个构造完整的Singleton 对象
BUT，Java 语言规范（Java Language Specification，JLS）要求不能将synchronized 块中的代码移出来。但是，并没有说不能将synchronized 块外面的代码移入synchronized 块中。JIT 编译器会在这里看到一个优化的机会。此优化会删除 //4 和 //5 处的代码 ，导致还是会有无序写入带来的问题！！！
3、静态内部类
public class Singleton {
private static class LazyHolder {
private static final Singleton INSTANCE = new Singleton();
}
private Singleton (){}
public static final Singleton getInstance() {
return LazyHolder.INSTANCE;
}
} 这种比上面1、2都好一些，既实现了线程安全，又避免了同步带来的性能影响。
通过enum实现单例
JDK1.5之后，还有另一种方法来实现Singleton，只要简单地编写一个只包含一个元素的枚举类型
//Enum singletion - the preferred approach
public enum Elvis{
INSTANCE;
public void leaveTheBuilding(){...}
} 该方法与公共域方法类似，不过它更加简洁，无偿提供序列化机制，并且绝对保证不会被多次实例化，即使是在面对复杂的序列化或反射攻击的时候也这样。虽然这种方法尚未被广泛采用，但单元素的枚举类型是实现Singleton的最佳方式。
二、饿汉式单例
//饿汉式单例类.在类初始化时，已经自行实例化
public class Singleton1 {
private Singleton1() {}
private static final Singleton1 single = new Singleton1();
//静态工厂方法
public static Singleton1 getInstance() {
return single;
}
} 饿汉式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，以后不再改变，所以天生是线程安全的
三、登记式单例(可忽略)
//类似Spring里面的方法，将类名注册，下次从里面直接获取。
public class Singleton3 {
private static Map<String,Singleton3> map = new HashMap<String,Singleton3>();
static{
Singleton3 single = new Singleton3();
map.put(single.getClass().getName(), single);
} <span style="font-family:Arial;font-size:12px;color:#362e2b;font-style: normal; font-variant-ligatures: normal; font-variant-caps: normal; font-weight: normal; letter-spacing: normal; orphans: 2; text-align: -webkit-left; text-indent: 0px; text-transform: none; white-space: normal; widows: 2; word-spacing: 0px; -webkit-text-stroke-width: 0px; background-color: rgb(255, 255, 255);"> </span>
//保护的默认构造子
protected Singleton3(){}
//静态工厂方法,返还此类<span style="font-family:SimSun;">唯</span>一的实例
public static Singleton3 getInstance(String name) {
if(name == null) {
name = Singleton3.class.getName();
System.out.println("name == null"+"--->name="+name);
}
if(map.get(name) == null) {
try {
map.put(name, (Singleton3) Class.forName(name).newInstance());
} catch (InstantiationException e) {
e.printStackTrace();
} catch (IllegalAccessException e) {
e.printStackTrace();
} catch (ClassNotFoundException e) {
e.printStackTrace();
}
}
return map.get(name);
}
//一个示意性的商业方法
public String about() {
return "Hello, I am RegSingleton.";
}
public static void main(String[] args) {
Singleton3 single3 = Singleton3.getInstance(null);
System.out.println(single3.about());
}
}
饿汉式和懒汉式区别
从名字上来说：
饿汉和懒汉，饿汉就是类一旦加载，就把单例初始化完成，保证getInstance的时候，单例是已经存在的了，
而懒汉比较懒，只有当调用getInstance的时候，才回去初始化这个单例。
另外从以下两点再区分以下这两种方式：
1、线程安全：
饿汉式天生就是线程安全的，可以直接用于多线程而不会出现问题，
懒汉式本身是非线程安全的，为了实现线程安全有几种写法，分别是上面的1、2、3，这三种实现在资源加载和性能方面有些区别。
2、资源加载和性能：
饿汉式在类创建的同时就实例化一个静态对象出来，不管之后会不会使用这个单例，都会占据一定的内存，但是相应的，在第一次调用时速度也会更快，因为其资源已经初始化完成，
而懒汉式顾名思义，会延迟加载，在第一次使用该单例的时候才会实例化对象出来，第一次调用时要做初始化，如果要做的工作比较多，性能上会有些延迟，之后就和饿汉式一样了。
至于1、2、3这三种实现又有些区别，
第1种，在方法调用上加了同步，虽然线程安全了，但是每次都要同步，会影响性能，毕竟99%的情况下是不需要同步的，
第2种，在getInstance中做了两次null检查，确保了只有第一次调用单例的时候才会做同步，这样也是线程安全的，同时避免了每次都同步的性能损耗
第3种，利用了classloader的机制来保证初始化instance时只有一个线程，所以也是线程安全的，同时没有性能损耗，所以一般我倾向于使用这一种。
什么是线程安全？
如果你的代码所在的进程中有多个线程在同时运行，而这些线程可能会同时运行这段代码。如果每次运行结果和单线程运行的结果是一样的，而且其他的变量的值也和预期的是一样的，就是线程安全的。
或者说：一个类或者程序所提供的接口对于线程来说是原子操作，或者多个线程之间的切换不会导致该接口的执行结果存在二义性,也就是说我们不用考虑同步的问题，那就是线程安全的
以下是一个单例类使用的例子，以懒汉式为例，这里为了保证线程安全，使用了双重检查锁定的方式：
public class TestSingleton {
String name = null;
private TestSingleton() {
}
private static volatile TestSingleton instance = null;
public static TestSingleton getInstance() {
if (instance == null) {
synchronized (TestSingleton.class) {
if (instance == null) {
instance = new TestSingleton();
}
}
}
return instance;
}
public String getName() {
return name;
}
public void setName(String name) {
this.name = name;
}
public void printInfo() {
System.out.println("the name is " + name);
}
}
<pre name="code" class="java">public class TMain {
public static void main(String[] args){
TestStream ts1 = TestSingleton.getInstance();
ts1.setName("jason");
TestStream ts2 = TestSingleton.getInstance();
ts2.setName("0539");
ts1.printInfo();
ts2.printInfo();
if(ts1 == ts2){
System.out.println("创建的是同一个实例");
}else{
System.out.println("创建的不是同一个实例");
}
}
} 下面是评论里的照抄，未做矫正：
为什么还要加volatile呢，
在 Instance 的构造函数执行之前，会在内存中开辟一片存储对象的区域后直接返回内存的引用，赋值给变量 instance，instance也就可能成为非 null 的，即赋值语句在对象实例化之前调用，此时别的线程得到的是一个还会初始化的对象，这样会导致系统崩溃线程B可能会看到一个不完整的instance对象，因为java的某些实现，所以线程B判断不为null。从而得到不完整的对象。
假设没有关键字volatile的情况下，两个线程A、B，都是第一次调用该单例方法，线程A先执行instance = new Instance()，该构造方法是一个非原子操作，编译后生成多条字节码指令，由于JAVA的指令重排序，可能会先执行instance的赋值操作，该操作实际只是在内存中开辟一片存储对象的区域后直接返回内存的引用，之后instance便不为空了，但是实际的初始化操作却还没有执行，如果就在此时线程B进入，就会看到一个不为空的但是不完整（没有完成初始化）的Instance对象，所以需要加入volatile关键字，禁止指令重排序优化，从而安全的实现单例。
转自：http://www.360doc.com/content/15/1122/15/10866767_515003276.shtml
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