單例模式
單實例Singleton設計模式可能是被討論和使用的最廣泛的一個設計模式了，這可能也是面試中問得最多的一個設計模式了。這個設計模式主要目的是想在整個系統中只能出現一個類的實例。這樣做當然是有必要的，比如你的軟件的全局配置信息，或者是一個Factory，或是一個主控類，等等。你希望這個類在整個系統中只能出現一個實例。
實現單例的核心在於private私有化類中的構造方法。
單例的反面教材(線程不安全的懶漢式)
// version 1.0
public class Singleton {
private static Singleton singleton = null;
private Singleton() { }
public static Singleton getInstance() {
if (singleton== null) {
singleton= new Singleton();
}
return singleton;
}
}
在上面的實例中，我想說明下面幾個Singleton的特點：（下面這些東西可能是盡人皆知的，沒有什麼新鮮的）
- 私有（private）的構造函數，表明這個類是不可能形成實例了。這主要是怕這個類會有多個實例。
- 即然這個類是不可能形成實例，那麼，我們需要一個靜態的方式讓其形成實例：getInstance()。注意這個方法是在new自己，因為其可以訪問私有的構造函數，所以他是可以保證實例被創建出來的。
- 在getInstance()中，先做判斷是否已形成實例，如果已形成則直接返回，否則創建實例。
- 所形成的實例保存在自己類中的私有成員中。
- 我們取實例時，只需要使用Singleton.getInstance()就行了。
這段代碼簡單明瞭，而且使用了懶加載模式，但是卻存在致命的問題。當有多個線程並行調用 getInstance() 的時候，同時進入singleton== null判斷，就會創建多個實例。也就是說在多線程下不能正常工作。
線程安全的懶漢式
為了解決併發問題，加鎖。
public static synchronized Singleton getInstance()
{
if (instance == null) {
instance = new Singleton();
}
return instance;
}
這樣雖然可以解決併發問題，但是效率比較低。因為我們本來只需要在第一次創建的時候進行加鎖判斷，現在卻搞成了每次判斷都要加鎖。
所以進一步改進。
雙重檢查鎖 DCL
雙重檢驗鎖模式（double checked locking pattern），是一種使用同步塊加鎖的方法。程序員稱其為雙重檢查鎖，因為會有兩次檢查 instance == null，一次是在同步塊外，一次是在同步塊內。為什麼在同步塊內還要再檢驗一次？因為可能會有多個線程一起進入同步塊外的 if，如果在同步塊內不進行二次檢驗的話就會生成多個實例了。
public static Singleton getSingleton() {
if (instance == null) { //Single Checked
synchronized (Singleton.class) {
if (instance == null) { //Double Checked
instance = new Singleton();
}
}
}
return instance ;
}
這段代碼看起來很完美，很可惜，它是有問題。主要在於instance = new Singleton()這句，這並非是一個原子操作，事實上在 JVM 中這句話大概做了下面 3 件事情。
- 給 instance 分配內存
- 調用 Singleton 的構造函數來初始化成員變量
- 將instance對象指向分配的內存空間（執行完這步 instance 就為非 null 了）
但是在 JVM 的即時編譯器中存在指令重排序的優化。也就是說上面的第二步和第三步的順序是不能保證的，最終的執行順序可能是 1-2-3 也可能是 1-3-2。如果是後者，則在 3 執行完畢、2 未執行之前，被線程二搶佔了，這時 instance 已經是非 null 了（但卻沒有初始化），所以線程二會直接返回 instance，然後使用，然後順理成章地報錯。
解決：我們只需要將 instance 變量聲明成 volatile 就可以了。
public class Singleton {
private volatile static Singleton instance; //聲明成 volatile
private Singleton (){}
public static Singleton getSingleton() {
if (instance == null) {
synchronized (Singleton.class) {
if (instance == null) {
instance = new Singleton();
}
}
}
return instance;
}
}
有些人認為使用 volatile 的原因是可見性，也就是可以保證線程在本地不會存有 instance 的副本，每次都是去主內存中讀取。但其實是不對的。使用 volatile 的主要原因是其另一個特性：禁止指令重排序優化。也就是說，在 volatile 變量的賦值操作後面會有一個內存屏障（生成的彙編代碼上），讀操作不會被重排序到內存屏障之前。比如上面的例子，取操作必須在執行完 1-2-3 之後或者 1-3-2 之後，不存在執行到 1-3 然後取到值的情況。從「先行發生原則」的角度理解的話，就是對於一個 volatile 變量的寫操作都先行發生於後面對這個變量的讀操作（這裡的“後面”是時間上的先後順序）。
但是特別注意在 Java 5 以前的版本使用了 volatile 的雙檢鎖還是有問題的。其原因是 Java 5 以前的 JMM （Java 內存模型）是存在缺陷的，即時將變量聲明成 volatile 也不能完全避免重排序，主要是 volatile 變量前後的代碼仍然存在重排序問題。這個 volatile 屏蔽重排序的問題在 Java 5 中才得以修復，所以在這之後才可以放心使用 volatile。
相信你不會喜歡這種複雜又隱含問題的方式，當然我們有更好的實現線程安全的單例模式的辦法。
餓漢式 static final field（我們正在用的）
這種方法非常簡單，因為單例的實例被聲明成 static 和 final 變量了，在第一次加載類到內存中時就會初始化，所以創建實例本身是線程安全的。
public class Singleton{
//類加載時就初始化
private static final Singleton instance = new Singleton();
private Singleton(){}
public static Singleton getInstance(){
return instance;
}
}
這種寫法如果完美的話，就沒必要在囉嗦那麼多雙檢鎖的問題了。缺點是它不是一種懶加載模式（lazy initialization），單例會在加載類後一開始就被初始化，即使客戶端沒有調用 getInstance()方法。餓漢式的創建方式在一些場景中將無法使用：譬如 Singleton 實例的創建是依賴參數或者配置文件的，在 getInstance() 之前必須調用某個方法設置參數給它，那樣這種單例寫法就無法使用了。
靜態內部類 static nested class
我比較傾向於使用靜態內部類的方法，這種方法也是《Effective Java》上所推薦的。
public class Singleton {
private static class SingletonHolder {
private static final Singleton INSTANCE = new Singleton();
}
private Singleton (){}
public static final Singleton getInstance() {
return SingletonHolder.INSTANCE;
}
}
這種寫法仍然使用JVM本身機制保證了線程安全問題；由於 SingletonHolder 是私有的，除了 getInstance() 之外沒有辦法訪問它，因此它是懶漢式的；同時讀取實例的時候不會進行同步，沒有性能缺陷；也不依賴 JDK 版本。
枚舉 Enum
實現單例的核心在於private私有化類中的構造方法，在枚舉中的構造方法必須是私有的，這就為枚舉來實現單例奠定了基礎。
有這麼幾個原因可以用來說服你使用枚舉單例：
- 安全性。上面的寫法貌似已經沒有問題了，但是，還是存在一點點安全風險的，因為我們可以通過反射，通過設置訪問權限，來執行私有的構造器，從而獲得更多對象，打破單例。
- 枚舉寫法沒有這個問題，原因見番外篇。
- 而且用枚舉寫單例實在太簡單了！這也是它最大的優點。下面這段代碼就是聲明枚舉實例的通常做法。
- public enum EasySingleton{ INSTANCE; } 我們可以通過EasySingleton.INSTANCE來訪問實例，這比調用getInstance()方法簡單多了。
- 創建枚舉默認就是線程安全的，所以不需要擔心double checked locking
- 枚舉自己處理序列化。傳統單例存在的另外一個問題是一旦你實現了序列化接口，那麼它們不再保持單例了，因為readObject()方法一直返回一個新的對象就像java的構造方法一樣，你可以通過使用readResolve()方法來避免此事發生，看下面的例子：
- //readResolve to prevent another instance of Singleton private Object readResolve(){ return INSTANCE; } 這樣甚至還可以更復雜，如果你的單例類維持了其他對象的狀態的話，因此你需要使他們成為transient的對象。但是枚舉單例，JVM對序列化有保證。所以可以防止反序列化導致重新創建新的對象。
總結
一般情況下直接使用餓漢式就好了，如果明確要求要懶加載（lazy initialization）會傾向於使用靜態內部類，如果涉及到反序列化創建對象時會試著使用枚舉的方式來實現單例。
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