在Java開發過程中，很多場景下都會碰到或要用到單例模式，在設計模式裏也是經常作爲指導學習的熱門模式之一，相信每位開發同事都用到過。我們總是沿着前輩的足跡去做設定好的思路，往往沒去探究爲何這麼做，所以這篇文章對單例模式做了詳解。
一、單例模式定義：
單例模式確保某個類只有一個實例，而且自行實例化並向整個系統提供這個實例。在計算機系統中，線程池、緩存、日誌對象、對話框、打印機、顯卡的驅動程序對象常被設計成單例。這些應用都或多或少具有資源管理器的功能。每臺計算機可以有若干個打印機，但只能有一個Printer Spooler，以避免兩個打印作業同時輸出到打印機中。每臺計算機可以有若干通信端口，系統應當集中管理這些通信端口，以避免一個通信端口同時被兩個請求同時調用。總之，選擇單例模式就是爲了避免不一致狀態，避免政出多頭。
二、單例模式特點：
1、單例類只能有一個實例。
2、單例類必須自己創建自己的唯一實例。
3、單例類必須給所有其他對象提供這一實例。
單例模式保證了全局對象的唯一性，比如系統啓動讀取配置文件就需要單例保證配置的一致性。
三、線程安全的問題
一方面在獲取單例的時候，要保證不能產生多個實例對象，後面會詳細講到五種實現方式；
另一方面，在使用單例對象的時候，要注意單例對象內的實例變量是會被多線程共享的，推薦使用無狀態的對象，不會因爲多個線程的交替調度而破壞自身狀態導致線程安全問題，比如我們常用的VO，DTO等（局部變量是在用戶棧中的，而且用戶棧本身就是線程私有的內存區域，所以不存在線程安全問題）。
四、單例模式的選擇
還記得我們最早使用的MVC框架Struts1中的action就是單例模式的，而到了Struts2就使用了多例。在Struts1裏，當有多個請求訪問，每個都會分配一個新線程，在這些線程，操作的都是同一個action對象，每個用戶的數據都是不同的，而action卻只有一個。到了Struts2， action對象爲每一個請求產生一個實例，並不會帶來線程安全問題（實際上servlet容器給每個請求產生許多可丟棄的對象，但是並沒有影響到性能和垃圾回收問題，有時間會做下研究）。
五、實現單例模式的方式
1.餓漢式單例（立即加載方式）
// 餓漢式單例
public class Singleton1 {
// 私有構造
private Singleton1() {}
private static Singleton1 single = new Singleton1();
// 靜態工廠方法
public static Singleton1 getInstance() {
return single;
}
}
餓漢式單例在類加載初始化時就創建好一個靜態的對象供外部使用，除非系統重啓，這個對象不會改變，所以本身就是線程安全的。
Singleton通過將構造方法限定爲private避免了類在外部被實例化，在同一個虛擬機範圍內，Singleton的唯一實例只能通過getInstance()方法訪問。（事實上，通過Java反射機制是能夠實例化構造方法爲private的類的，那基本上會使所有的Java單例實現失效。此問題在此處不做討論，姑且閉着眼就認爲反射機制不存在。）
2.懶漢式單例（延遲加載方式）
// 懶漢式單例
public class Singleton2 {
// 私有構造
private Singleton2() {}
private static Singleton2 single = null;
public static Singleton2 getInstance() {
if(single == null){
single = new Singleton2();
}
return single;
}
}
該示例雖然用延遲加載方式實現了懶漢式單例，但在多線程環境下會產生多個single對象，如何改造請看以下方式:
使用synchronized同步鎖
public class Singleton3 {
// 私有構造
private Singleton3() {}
private static Singleton3 single = null;
public static Singleton3 getInstance() {
// 等同於 synchronized public static Singleton3 getInstance()
synchronized(Singleton3.class){
// 注意：裏面的判斷是一定要加的，否則出現線程安全問題
if(single == null){
single = new Singleton3();
}
}
return single;
}
}
在方法上加synchronized同步鎖或是用同步代碼塊對類加同步鎖，此種方式雖然解決了多個實例對象問題，但是該方式運行效率卻很低下，下一個線程想要獲取對象，就必須等待上一個線程釋放鎖之後，纔可以繼續運行。
public class Singleton4 {
// 私有構造
private Singleton4() {}
private static Singleton4 single = null;
// 雙重檢查
public static Singleton4 getInstance() {
if (single == null) {
synchronized (Singleton4.class) {
if (single == null) {
single = new Singleton4();
}
}
}
return single;
}
}
使用雙重檢查進一步做了優化，可以避免整個方法被鎖，只對需要鎖的代碼部分加鎖，可以提高執行效率。
3.靜態內部類實現
public class Singleton6 {
// 私有構造
private Singleton6() {}
// 靜態內部類
private static class InnerObject{
private static Singleton6 single = new Singleton6();
}
public static Singleton6 getInstance() {
return InnerObject.single;
}
}
靜態內部類雖然保證了單例在多線程併發下的線程安全性，但是在遇到序列化對象時，默認的方式運行得到的結果就是多例的。這種情況不多做說明了，使用時請注意。
4.static靜態代碼塊實現
public class Singleton6 {
// 私有構造
private Singleton6() {}
private static Singleton6 single = null;
// 靜態代碼塊
static{
single = new Singleton6();
}
public static Singleton6 getInstance() {
return single;
}
}
5.內部枚舉類實現
public class SingletonFactory {
// 內部枚舉類
private enum EnmuSingleton{
Singleton;
private Singleton8 singleton;
//枚舉類的構造方法在類加載是被實例化
private EnmuSingleton(){
singleton = new Singleton8();
}
public Singleton8 getInstance(){
return singleton;
}
}
public static Singleton8 getInstance() {
return EnmuSingleton.Singleton.getInstance();
}
}
class Singleton8{
public Singleton8(){}
}