如何创建单例模式?

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本文详细介绍了Java中单例模式的四种实现方式：饿汉式、懒汉式、内部类（IoDH）和枚举。特别强调了懒汉式的双重检查锁定（DCL）作为面试重点，以及枚举作为实现单例的最佳实践。同时，文章讨论了单例模式的优缺点，包括资源利用率、线程安全、加载速度和拓展性等问题。

文章目录

前言
一、标准饿汉式单例
- 0.原初饿汉式
- 1.静态代码块
二、标准懒汉式单例
三、IoDH
四、枚举（最佳实践）
优缺点
总结

前言

单例模式(Singleton Pattern)：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，这个类称为单例类，它提供全局访问的方法。

一、标准饿汉式单例

在类加载的时候就创建单例对象，后续就只需要调用即可。
优点：
1.线程安全：无论如何多线程访问，保证唯一实例
2.调用、反应速度快：因为类加载时就已经创建，可以不加判断地直接调用。
缺点：
1.资源利用率低：有可能创建之后一直没有被调用，导致资源浪费。
2.加载速度慢：因为类加载时就创建单例对象，会影响加载速度。

0.原初饿汉式

class Singleton {
    private static final Singleton instance = new Singleton();
    private Singleton() {}

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

1.静态代码块

适合复杂的实例化，例如实例化类时加载一些外部的文件等

class Singleton {
    private static final Singleton instance;
    private Singleton() {}
    static {
        instance = new Singleton();
    }
    public static Singleton getInstance() {
        return instance;
    }
}

二、标准懒汉式单例

调用实例时再加载。
由于其在类加载时并不自行实例化，这种技术又被称为延迟加载(Lazy Load)，即需要的时候再加载实例。
优缺点：自行对比饿汉式。

0.原初懒汉式

刚听说这个概念的同学可能不假思索地写下如下代码。
此时该方法在单线程情况下已经足够了，但并不满足多线程安全。

class Singleton {
    private static Singleton instance = null;

    private Singleton() { }

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

1.方法同步（基本不用）

此时这份代码具有线程安全性，但由于是对方法上锁，所以多线程情况，速度会较慢。

class Singleton {
    private static Singleton instance = null;

    private Singleton() { }

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

2.双重检查锁定（面试重点）

那么基于锁方法这种解决方式太慢，自然而然大佬们就想着优化
如下：

class Singleton {
    private static volatile Singleton instance = null;

    private Singleton() { }

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

那么这里必须解决几个问题：
1.为啥双重选择？
如果只保留上面的if，将导致锁了跟没锁一样，当两个线程同时通过instance==null后，在锁那里等待，然后同样执行了两次new。即一个线程new，new后由于另一个线程已经有new的资格了，跟在后面new。

if (instance == null) {
   synchronized (Singleton.class){
        instance = new Singleton();
   }
}

2.为啥volatile?

instance = new Singleton();

对于new而言，JVM可能自动做优化，其预期的执行顺序是：
1、为 instance 分配内存空间
2、初始化 instance
3、将 instance 指向分配的内存地址
JVM优化后可能导致变成1-》3-》2，此时，可能导致instance 还没有初始化完成，就已经被另一个线程调用发现非空，从而return了。即一个线程还没new完，另一个线程在return。
而volatile就可以阻止这种优化，当然不可避免的阻止了一些其他相关优化，因此可能导致效率上的降低。

三、IoDH

大佬们不会停下前进的步伐，他们发现有很多相似的需求，于是对底层进行了优化。
直接使用静态内部类提供支持，既满足了延迟加载，又通过JVM机制提供了对线程安全的支持。

class Singleton {

    private Singleton() {
    }

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

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

四、枚举（最佳实践）

除了new以外，克隆、反射和反序列化都能产生新对象，其中有些会对以上三种实现方式产生破坏，于是大佬们想出了第四种，枚举。
利用JVM机制，保证了单例类不会被反射，并且构造函数只被执行一次。

class Singleton {
    private Singleton(){
    }
    public static enum SingletonEnum {
        SINGLETON;
        private Singleton instance = null;
        private SingletonEnum(){
            instance = new Singleton();
        }
        public Singleton getInstance(){
            return instance;
        }
    }
}