单例模式是最简单的设计模式之一，这种设计模式属于创建模式，是因为该模式提供了创建对象的最佳方法之一。
该模式涉及到了单个类Class，此类提供了一种访问其唯一对象的方法，该对象Class可以直接访问而无需实例化该类的对象。

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介绍

• 意图：保证一个类仅仅只有一个实例，提供一个访问他的全局访问点。
• 主要解决：一个全局使用的类频繁的创建和销毁。
• When to use？：当您想要控制实例数目，节省系统的资源时候。
• 如何解决：判定系统是否已经有了这个单例，若有了则返回，若没有则创建、
• 关键代码：构造函数是私有的。
• 优势：内存里只有一个实例，减少内存开销；避免了对系统资源的多重占用，例如文件操作。
• 缺点：没有接口，不可以继承，和单一职责原则冲突，一个类应该只关注内部逻辑，不用关心外面如何实例化。

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应用实例

1. 一个班级只有一个班主任。
2. Windows是多线程多进程的，在操作一个系统文件的时候，就不可避免的出现多个线程或者多个进程操作同一个文件的现象，因此所有的文件处理都必须通过唯一的实例来进行。
3. 一些设备管理器通常设计为单例模式，例如电脑外接两台打印机，不能再输出文件的时候同时打印同一个文件。

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操作实现

创建一个SingleObject 类，SingleObject 类有他自己的私有构造函数和本身的一个静态实例。
SingleObject 类提供了一个静态方法，让外界可以获取他的静态实例；SingletonPatternDemo 类使用SingleObject获取对象。

步骤1

创建一个Singleton 类，代码如下：

package design_demo;

public class SingleObject {
    private static SingleObject instance = new SingleObject();

    //利用构造函数为private
    private SingleObject() {
    }

    //获取一个唯一可用的对象
    public static SingleObject getInstance() {
        return instance;
    }

    public void showMessage() {
        System.out.println("Hello world！");
    }
}
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步骤2

从singleton 类获取唯一的对象：

package design_demo;

public class SingletonPatternDemo {
    public static void main(String[] args) {
        //获取唯一的可用对象
        SingleObject object = SingleObject.getInstance();

        //显式信息
        object.showMessage();
    }
}
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运行结果

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单例模式实现的几种方式

1、懒汉式，线程不安全

• 是否Lazy初始化：是
• 是否多线程安全：否
• 实现难度：简单

这种方式是最基本的实现方式，最大的问题在于就是不支持多线程，没有加锁synchronized，从严格意义上说不属于单例模式。
这种方式导致loading很明显，不要求线程安全，在多线程条件下无法正常工作。

public class Singleton {  
    private static Singleton instance;  
    private Singleton (){}  
  
    public static Singleton getInstance() {  
        if (instance == null) {  
            instance = new Singleton();  
        }  
        return instance;  
    }  
}
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2、懒汉式，但是线程安全

• 是否Lazy初始化：是
• 是否多线程安全：是
• 实现难度：简单

这种方式具备很好的loading性能，可以在多线程中很好的工作，但问题在于效率较低，99%情况下不需要同步。
优势：第一次调用才会初始化，避免了内存浪费。
缺点：必须加锁synchronized才可以保证单例，但是加锁影响了效率。
getInstance()的性能对于应用程序不是很关键，该方法使用不太频繁。

public class Singleton {  
    private static Singleton instance;  
    private Singleton (){}  
    public static synchronized Singleton getInstance() {  
        if (instance == null) {  
            instance = new Singleton();  
        }  
        return instance;  
    }  
}
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3、饿汉式

• 是否Lazy初始化：否
• 是否多线程安全：是
• 实现难度：简单

这种方式较为常用，但是会产生垃圾对象。
优势：没有加锁，执行效率提高。
缺点：类加载时候就初始化，浪费了内存。
它基于 classloader 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。

public class Singleton {  
    private static Singleton instance = new Singleton();  
    private Singleton (){}  
    public static Singleton getInstance() {  
    return instance;  
    }  
}
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4、双重校验锁DCL

• 是否Lazy初始化：是
• 是否多线程安全：是
• 实现难度：较为复杂

采用了双锁机制，安全并且在多线程情况下保持高性能。
getInstance()性能对应用程序非常关键。

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;  
    }  
}
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5、登记式/静态内部类

首先关于静态内部类，参考静态内部类——利用static修饰的内部类。

• 是否Lazy初始化：是
• 是否多线程安全：是
• 实现难度：一般

这种方式能达到双检锁方式一样的功效，但实现更简单。对静态域使用延迟初始化，应使用这种方式而不是双检锁方式。这种方式只适用于静态域的情况，双检锁方式可在实例域需要延迟初始化时使用。
这种方式同样利用了 classloader 机制来保证初始化 instance 时只有一个线程，它跟第 3 种方式不同的是：第 3 种方式只要 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，只有通过显式调用 getInstance 方法时，才会显式装载 SingletonHolder 类，从而实例化 instance。想象一下，如果实例化 instance 很消耗资源，所以想让它延迟加载，另外一方面，又不希望在 Singleton 类加载时就实例化，因为不能确保 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 3 种方式就显得很合理。

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