单例模式是指在内存中只会创建且仅创建一次对象的设计模式。
一、实现方式
1. 饿汉式
在类加载的时候就创建实例，无论是否使用，实例都会被创建。优点是实现简单，线程安全。缺点是可能造成资源浪费，而程序可能不一定会使用这个实例。
代码示例：
public class Singleton {
//创建实例,并且用static保证实例唯一
private static final Singleton instance = new Singleton();
//把构造方法设置为private,在类外就无法通过new的方式来创建Singleton实例
private Singleton() {}
//获取实例
public static Singleton getInstance() {
return instance;
}
}
2. 懒汉式写法
public class Singleton {
private static Singleton instance = null;
private Singleton() {}
public static synchronized Singleton getInstance() {
if (instance == null) {
instance = new Singleton();
}
return instance;
}
}说明：在第一次调用获取实例方法时才创建实例。
思考：上述写的饿汉模式懒汉模式，在多线程环境中是否安全呢？为什么？
分析饿汉模式：
饿汉模式，只涉及到读操作，因此，在多线程环境中是线程安全的。
分析懒汉模式：
懒汉模式，涉及到了读和写操作，会出现脏读的情况，因此，懒汉模式不是线程安全的。
如图所示：
通过加锁改进刚才代码：
public class Singleton {
private static Singleton instance = null;
private Singleton() {
}
public static Singleton getInstance() {
synchronized (Singleton.class) {
if (instance == null) {
instance = new Singleton();
}
}
return instance;
}
}说明如下图所示:
刚才代码还有缺陷：分析代码：
public static Singleton getInstance() {
synchronized (Singleton.class) {
if (instance == null) {
instance = new Singleton();
}
}
return instance;
}思考：
如果每次调用getInstance方法的时候，都会进行加锁操作，加锁操作是有性能开销的，真的需要每次都进行加锁吗？
分析：这里的加锁在new出对象之前加上是有必要的，但是，一旦对象new完了，后续调用getInstance方法，此时instance的值一定是非空的，就会触发return。
解决方案：加上一个条件判断，如果对象没有创建才加锁，否则就return。
代码示例：
public class Singleton {
private static volatile Singleton instance;
private Singleton() {}
public static Singleton getInstance() {
//这个条件判断的作用是：是否要加锁
if (instance == null) {
synchronized (Singleton.class) {
//这个条件判断的作用是：是否要创建对象
if (instance == null) {
instance = new Singleton();
}
}
}
return instance;
}
}你以为就完了吗？
上述代码当中还存在内存可见性和指令重排序的问题。
分析：假设现在有很多线程去调用getInstance方法，只有第一次读的时候才去读内存，后续都是读寄存器或者缓存（此时有如果发生了写操作，其他线程，或者处理器是感知不到的）就会发生内存可见性问题。
指令重排序问题本质上就是编译器或者处理器优化。
instance = new Singleton()；这条语句拆分成三个步骤：
1：申请内存空间
2：调用构造方法，把这个内存空间初始化成一个合理的对象
3： 把内存空间的地址赋值给instance引用
在正常情况下是按照 1 2 3这个顺序去执行，此时此刻，编译器为了提高程序的执行效率，有可能把这个1 2 3 的执行顺序优化成 1 3 2或者其他情况。
如图所示：
volatile来解决内存可见性和指令重排序问题：
代码示例：
public class Singleton {
//volatile来解决内存可见性和指令重排序问题
//static实例唯一,共享
private static volatile Singleton instance;
//禁止外部new对象
private Singleton() {}
public static Singleton getInstance() {
//这个条件判断的作用是：是否要加锁
if (instance == null) {
synchronized (Singleton.class) {
//这个条件判断的作用是：是否要创建对象
if (instance == null) {
instance = new Singleton();
}
}
}
return instance;
}
}
3. 静态内部类方式
利用类加载机制实现延迟加载，只有在调用获取实例的方法时，才会加载静态内部类，从而创建实例。线程安全，并且实现简单高效。
public class Singleton {
private Singleton() {}
private static class SingletonHolder {
private static final Singleton INSTANCE = new Singleton();
}
public static Singleton getInstance() {
return SingletonHolder.INSTANCE;
}
}4. 枚举方式
简洁且线程安全。
public enum SingletonEnum {
INSTANCE;
public void doSomething() {
// 具体方法实现
}
}
二、单例模式的优点
1. 减少系统资源开销：避免了频繁创建和销毁对象带来的资源浪费。
2. 保证对象的唯一性：确保在整个应用程序中只有一个实例存在，方便对这个实例进行统一的管理和控制。
3. 方便资源访问：提供了一个全局访问点，可以方便地获取这个唯一的实例，而不需要在多个地方传递实例对象。
三、单例模式的使用场景
1. 日志记录器：通常整个应用程序只需要一个日志记录器实例，以确保所有的日志信息都被记录到同一个地方。
2. 数据库连接池：管理数据库连接，避免频繁地创建和销毁连接，提高性能。
3. 配置文件读取：应用程序通常只需要一个配置文件读取实例，以确保配置信息的一致性。
