手撕單例模式不管是筆試還是面試，都是高頻題了。
今天就來說一下單例模式的原理和 6 種實現方式。
一、單例模式的定義
定義： 確保一個類只有一個實例，並提供該實例的全局訪問點。
這樣做的好處是：有些實例，全局只需要一個就夠了，使用單例模式就可以避免一個全局使用的類，頻繁的創建與銷毀，耗費系統資源。
二、單例模式的設計要素
- 一個私有構造函數 （確保只能單例類自己創建實例）
- 一個私有靜態變量 （確保只有一個實例）
- 一個公有靜態函數 （給使用者提供調用方法）
簡單來說就是，單例類的構造方法不讓其他人修改和使用；並且單例類自己只創建一個實例，這個實例，其他人也無法修改和直接使用；然后單例類提供一個調用方法，想用這個實例，只能調用。這樣就確保了全局只創建了一次實例。
三、單例模式的6種實現及各實現的優缺點
（一）懶漢式（線程不安全）
實現：
public class Singleton {
private static Singleton uniqueInstance;
private Singleton() {
}
public static Singleton getUniqueInstance() {
if (uniqueInstance == null) {
uniqueInstance = new Singleton();
}
return uniqueInstance;
}
}
說明： 先不創建實例，當第一次被調用時，再創建實例，所以被稱為懶漢式。
優點： 延遲了實例化，如果不需要使用該類，就不會被實例化，節約了系統資源。
缺點： 線程不安全，多線程環境下，如果多個線程同時進入了 if (uniqueInstance == null) ，若此時還未實例化，也就是uniqueInstance == null，那么就會有多個線程執行 uniqueInstance = new Singleton(); ，就會實例化多個實例；
（二）餓漢式（線程安全）
實現：
public class Singleton {
private static Singleton uniqueInstance = new Singleton();
private Singleton() {
}
public static Singleton getUniqueInstance() {
return uniqueInstance;
}
}
說明： 先不管需不需要使用這個實例，直接先實例化好實例 (餓死鬼一樣，所以稱為餓漢式)，然后當需要使用的時候，直接調方法就可以使用了。
優點： 提前實例化好了一個實例，避免了線程不安全問題的出現。
缺點： 直接實例化好了實例，不再延遲實例化；若系統沒有使用這個實例，或者系統運行很久之后才需要使用這個實例，都會操作系統的資源浪費。
（三）懶漢式（線程安全）
實現：
public class Singleton {
private static Singleton uniqueInstance;
private static singleton() {
}
private static synchronized Singleton getUinqueInstance() {
if (uniqueInstance == null) {
uniqueInstance = new Singleton();
}
return uniqueInstance;
}
}
說明： 實現和 線程不安全的懶漢式 幾乎一樣，唯一不同的點是，在get方法上 加了一把 鎖。如此一來，多個線程訪問，每次只有拿到鎖的的線程能夠進入該方法，避免了多線程不安全問題的出現。
優點： 延遲實例化，節約了資源，並且是線程安全的。
缺點： 雖然解決了線程安全問題，但是性能降低了。因為，即使實例已經實例化了，既后續不會再出現線程安全問題了，但是鎖還在，每次還是只能拿到鎖的線程進入該方法，會使線程阻塞，等待時間過長。
（四）雙重檢查鎖實現（線程安全）
實現：
public class Singleton {
private volatile static Singleton uniqueInstance;
private Singleton() {
}
public static Singleton getUniqueInstance() {
if (uniqueInstance == null) {
synchronized (Singleton.class) {
if (uniqueInstance == null) {
uniqueInstance = new Singleton();
}
}
}
return uniqueInstance;
}
}
說明: 雙重檢查數相當於是改進了 線程安全的懶漢式。線程安全的懶漢式 的缺點是性能降低了，造成的原因是因為即使實例已經實例化，依然每次都會有鎖。而現在，我們將鎖的位置變了，並且多加了一個檢查。 也就是，先判斷實例是否已經存在，若已經存在了，則不會執行判斷方法內的有鎖方法了。 而如果，還沒有實例化的時候，多個線程進去了，也沒有事，因為里面的方法有鎖，只會讓一個線程進入最內層方法並實例化實例。如此一來，最多最多，也就是第一次實例化的時候，會有線程阻塞的情況，后續便不會再有線程阻塞的問題。
為什么使用 volatile 關鍵字修飾了 uniqueInstance 實例變量 ？
uniqueInstance = new Singleton(); 這段代碼執行時分為三步：
- 為 uniqueInstance 分配內存空間
- 初始化 uniqueInstance
- 將 uniqueInstance 指向分配的內存地址
正常的執行順序當然是 1>2>3 ，但是由於 JVM 具有指令重排的特性，執行順序有可能變成 1>3>2。
單線程環境時，指令重排並沒有什么問題；多線程環境時，會導致有些線程可能會獲取到還沒初始化的實例。
例如：線程A 只執行了 1 和 3 ，此時線程B來調用 getUniqueInstance()，發現 uniqueInstance 不為空，便獲取 uniqueInstance 實例，但是其實此時的 uniqueInstance 還沒有初始化。
解決辦法就是加一個 volatile 關鍵字修飾 uniqueInstance ，volatile 會禁止 JVM 的指令重排，就可以保證多線程環境下的安全運行。
優點： 延遲實例化，節約了資源；線程安全；並且相對於 線程安全的懶漢式，性能提高了。
缺點： volatile 關鍵字，對性能也有一些影響。
（五）靜態內部類實現（線程安全）
實現：
public class Singleton {
private Singleton() {
}
private static class SingletonHolder {
private static final Singleton INSTANCE = new Singleton();
}
public static Singleton getUniqueInstance() {
return SingletonHolder.INSTANCE;
}
}
說明： 首先，當外部類 Singleton 被加載時，靜態內部類 SingletonHolder 並沒有被加載進內存。當調用 getUniqueInstance() 方法時，會運行 return SingletonHolder.INSTANCE; ，觸發了 SingletonHolder.INSTANCE ，此時靜態內部類 SingletonHolder 才會被加載進內存，並且初始化 INSTANCE 實例，而且 JVM 會確保 INSTANCE 只被實例化一次。
優點： 延遲實例化，節約了資源；且線程安全；性能也提高了。
（六）枚舉類實現（線程安全）
實現：
public enum Singleton {
INSTANCE;
//添加自己需要的操作
public void doSomeThing() {
}
}
說明： 默認枚舉實例的創建就是線程安全的，且在任何情況下都是單例。
優點： 寫法簡單，線程安全，天然防止反射和反序列化調用。
- 防止反序列化
序列化：把java對象轉換為字節序列的過程；
反序列化： 通過這些字節序列在內存中新建java對象的過程；
說明： 反序列化 將一個單例實例對象寫到磁盤再讀回來，從而獲得了一個新的實例。
我們要防止反序列化，避免得到多個實例。
枚舉類天然防止反序列化。
其他單例模式 可以通過 重寫 readResolve() 方法，從而防止反序列化，使實例唯一重寫 readResolve() :
private Object readResolve() throws ObjectStreamException{
return singleton;
}
四、單例模式的應用場景
應用場景舉例：
- 網站計數器。
- 應用程序的日志應用。
- Web項目中的配置對象的讀取。
- 數據庫連接池。
- 多線程池。
- ......
使用場景總結：
- 頻繁實例化然后又銷毀的對象，使用單例模式可以提高性能。
- 經常使用的對象，但實例化時耗費時間或者資源多，如數據庫連接池，使用單例模式，可以提高性能，降低資源損壞。
- 使用線程池之類的控制資源時，使用單例模式，可以方便資源之間的通信。