單例模式(Singleton Pattern)：採取一定的方法保證在整個的軟體系統中，對某個類只能存在一個物件例項，並且該類只提供一個取得其物件例項的方法。
通俗點來講：就是一個男人只能有一個老婆，一個女人只能有一個老公
單例模式一共有8種方式實現，下面一一舉例：
1、餓漢式(靜態常量屬性)
實現步驟
構造器私有化- 在類的內部定義
靜態常量物件 - 向外暴露一個
靜態的公共方法getInstance，返回一個類的物件例項
參考程式碼
/**
* Husband，一個女人只能有一個老公husband -> Husband實現單例模式
* 方式1：餓漢式(靜態常量屬性)實現單例模式
*/
public class Husband {
// 第二步：建立私有的靜態常量物件
private static final Husband husband = new Husband();
// 第一步：構造器私有化
private Husband() {
}
// 第三步：向外提供一個靜態的公共方法，以獲取該類的物件
public static Husband getInstance() {
// 返回的永遠是 同一個 husband物件
return husband;
}
}
細節說明
- 為什麼構造器要私有化？ -> 使外部無法建立Husband物件，只能使用已經準備好的物件 -> 不能濫情
- 為什麼屬性設定成final？ -> 只建立這一個物件husband，以後不會再變 -> 一生只鍾情一人
- 為什麼設定成類變數static？ -> 構造器已被私有化，外部無法建立Husband物件，需要類內部提前準備好物件 -> 在類載入時將物件準備好
- 為什麼公共方法要用static？ -> 非static方法屬於物件，需要透過物件.方法名()呼叫 -> 外部類無法建立物件，在沒有物件時，外部類無法訪問非static方法
- 為什麼叫餓漢式？ -> 只要載入了類資訊，物件就已經建立好 -> 只要餓了，就吃東西
優缺點
- 優點：實現了在整個軟體過程中建立一次類的物件，不存線上程安全問題(反射會破壞單例模式安全性)，呼叫效率高
- 缺點：如果只載入了類，並不需要用到該類物件，物件也已經建立好 -> 存在記憶體資源浪費問題。
2、餓漢式(靜態程式碼塊)
實現步驟
- 構造器私有化
- 定義靜態常量不初始化
- 靜態程式碼塊中為類屬性初始化建立物件
- 向外提供一個靜態的公共方法，以獲取該類的物件
參考程式碼
/**
* Husband，一個女人只能有一個老公 -> Husband實現單例模式
* 方式2：餓漢式(靜態程式碼塊)實現單例模式
*/
public class Husband {
// 第二步：建立私有的靜態常量物件
private static final Husband husband;
static {
husband = new Husband();
}
// 第一步：構造器私有化 -> 外部無法建立該類物件，只能使用已經準備好的物件
private Husband() {
}
// 第三步：向外提供一個靜態的公共方法，以獲取該類的物件
public static Husband getInstance() {
// 返回的永遠是 同一個 husband物件
return husband;
}
}
細節說明：原理和第一種餓漢式相同，都是利用類載入時完成物件屬性的建立
優缺點同上一種餓漢式
3、懶漢式(執行緒不安全)
實現步驟
- 構造器私有化
- 定義一個私有靜態屬性物件
- 提供一個公共的static方法，可以返回一個類的物件
參考程式碼
/**
* 一個男人只能有一個老婆wife -> Wife類實現單例模式
* 方式3：懶漢式單例模式（執行緒不安全）
*/
public class Wife {
// 第二步：設定私有靜態屬性
private static Wife wife = null;
// 第一步：構造器私有化
private Wife() {
}
// 第三步：向外提供獲取物件的靜態方法
public static Wife getInstance() {
if (wife == null) { // 如果沒有老婆，則分配一個老婆
wife = new Wife();
}
return wife;
}
}
細節說明
- 為什麼叫懶漢式？ -> 即使載入了類資訊，不呼叫getInstance()方法也不會建立物件 -> 餓了(載入類資訊)也不吃東西(不建立物件)，懶到一定程度。
- 為什麼要if判斷？ -> 防止每次呼叫時都會重新建立新的物件 -> 防止濫情
優缺點
-
優點：只有需要物件時才會呼叫方法返回該類物件，沒有則建立物件，避免了資源浪費 -> 實現了延時載入
-
缺點：執行緒不安全，分析if程式碼塊：
if (wife == null) { // 當執行緒1進入if程式碼塊後，還沒有完成物件的建立之前，執行緒2緊隨其後也進入了if程式碼塊內 // 此時就會出現執行緒1建立了物件，執行緒2也建立了物件 -> 破壞了單例模式 -> 執行緒不安全 wife = new Wife(); // 通俗的來講：多個女生看上了同一個男生，問男生有沒有老婆？男生回答沒有老婆 -> 多個女生先後都當過男生的老婆 -> 前妻太多 -> 違背了單例模式的"一生只鍾情一人"的核心思想 }
4、懶漢式(同步程式碼塊)
參考程式碼
/**
* 一個男人只能有一個老婆wife -> Wife類實現單例模式
* 方式4：懶漢式單例模式（同步程式碼塊，執行緒安全，效能差）
*/
public class Wife {
// 第二步：設定私有靜態屬性
private static Wife wife = null;
// 第一步：構造器私有化
private Wife() {
}
// 第三步：向外提供獲取物件的靜態方法
public static Wife getInstance() {
synchronized(Wife.class) { // 同步程式碼塊，每個執行緒進入if判斷前都需要獲得互斥鎖，保證同一時間只有一個執行緒進入
if (wife == null) {
wife = new Wife();
}
}
return wife;
}
}
說明：給if語句加上synchronized關鍵字，保證每一次只有一個執行緒獲得互斥鎖進入同步程式碼塊，並且將同步程式碼塊全部執行完之後釋放鎖，切換其他執行緒執行，類似於資料庫中事務的概念(給SQL語句增加原子性)，這裡是給if語句增加原子性，要麼全部執行，要麼都不執行。
優缺點
-
優點：執行緒安全（反射會破壞安全性）
-
缺點：效能差 -> 只有第一次建立物件時需要同步程式碼，確保同一時間只有一個執行緒進入if語句，後面執行緒再呼叫該方法時，物件已經建立好只需要直接返回 -> 每一次執行緒呼叫該方法後，都需要等待獲取其他執行緒釋放的互斥鎖 -> 浪費了大量時間在 等待獲取互斥鎖 上 -> 效率低下
通俗的來講：多個女生問同一個男生有沒有老婆？ -> 男生回答：需要成為物件才有資格知道(設定同步程式碼塊，執行緒需要獲取互斥鎖才能執行程式碼) -> 每一個女生都需要經過一段長時間的發展，處成物件(執行緒獲取互斥鎖) -> 男生告訴自己的物件自己沒有老婆(一個執行緒進入if判斷) -> 男生有了老婆(建立物件) -> 返回物件
5、懶漢式(同步方法)
參考程式碼
/**
* 一個男人只能有一個老婆wife -> Wife類實現單例模式
* 方式5：懶漢式單例模式（同步方法，執行緒安全，效能差）
*/
public class Wife {
// 第二步：設定私有靜態屬性
private static Wife wife = null;
// 第一步：構造器私有化
private Wife() {
}
// 第三步：向外提供獲取物件的靜態方法
public synchronized static Wife getInstance() { // 同步方法，原理和同步程式碼塊實現懶漢式相同
if (wife == null) {
wife = new Wife();
}
return wife;
}
}
優缺點：和同步程式碼塊實現懶漢式類似，這裡不過多贅述。
6、懶漢式(DCL模式⭐)
DCL模式實現懶漢式單例模式，即雙重檢查機制(DCL, Double Check Lock)，執行緒安全，效能高 <- 面試重點
參考程式碼
/**
* 一個男人只能有一個老婆wife -> Wife類實現單例模式
* 方式6：懶漢式單例模式（DCL模式 -> 雙重檢查，執行緒安全，效能高）
*/
public class Wife {
// 第二步：設定私有靜態屬性
// volatile關鍵字：極大程度上避免JVM底層出現指令重排情況，極端情況除外
private static volatile Wife wife = null;
// 第一步：構造器私有化
private Wife() {
}
// 第三步：向外提供獲取物件的靜態方法
public static Wife getInstance() {
// 第一層if判斷作用：當物件已經建立好時，直接跳過if語句，返回已經建立好的物件，不在等待獲取互斥鎖 -> 節省時間，提高效能
if (wife == null) {
// 注意：這裡容易有多個執行緒同時進入第一層if的程式碼塊中，等待獲取物件鎖
synchronized (Wife.class) { // 同步程式碼塊，保證每個執行緒進入if判斷前都需要獲得互斥鎖
// 第二層if判斷作用：當有多個執行緒都進入了第一層if語句內，會出現執行緒1進入時物件為空，則建立物件，釋放互斥鎖，執行緒2獲得互斥鎖後如果沒有第二層if判斷，則直接建立物件，破壞了單例模式 -> 第二層if保證執行緒安全
if (wife == null) {
wife = new Wife();
// 在JVM底層建立物件時，大致分為3條指令
// 1.分配記憶體空間 -> 2.構造器初始化 -> 3.物件引用指向記憶體空間
// JVM為了執行效率，會打亂指令順序(指令重排)，有可能是1 -> 3 -> 2
// 當執行到3時，物件還沒有建立完成，但是其他執行緒在第一層if判斷已經建立好物件直接返回，顯然不合理(物件屬性還沒有初始化完成) -> 保證指令執行順序不被打亂(保證單條語句編譯後的原子性) -> 使用volatile變數，禁止JVM最佳化重排指令
}
}
}
return wife;
}
}
DCL模式的兩層if判斷的作用：
- 第一層if：已經建立好物件時直接返回，不再排隊獲取互斥鎖，提升效率
- 第二層if：保證執行緒安全
通俗的來講：
-
有多個女生問同一個男生有沒有老婆？
-
-> 男生口頭回答說沒有老婆(進入第一層if判斷，如果有老婆則直接遠離：不要去碰一個已婚的男人，他是一個女人的餘生，不是你的男人不要情意綿綿) -> 其中一個女生和男生處成物件(一個執行緒獲取到互斥鎖) -> 經過發展後，女生和男生登記結婚，民政局辦理結婚證時檢查男生婚姻情況(第二層if判斷) --未婚--> 成為夫妻，男生獲得老婆
-
獲得老婆資訊
優缺點
- 優點：效能高，執行緒安全，延時載入
- 缺點：由於JVM底層模型，volatile不能完全避免指令重排的情況，會偶爾出現問題，反射、序列化會破壞雙檢索單例。
7、懶漢式(靜態內部類)
參考程式碼
/**
* 一個男人只能有一個老婆wife -> Wife類實現單例模式
* 方式7：懶漢式單例模式（靜態內部類，執行緒安全，效能高）
*/
public class Husband {
private Husband() {}
private static class Wife {
private static Husband husband = new Husband();
}
public static Husband getInstance() {
return Wife.husband;
}
}
細節說明
- 靜態內部類實現的單例模式同樣是懶漢式 -> 外部類載入時並沒有建立好物件，只有呼叫特定方法時才會載入靜態內部類資訊(內部類的靜態物件屬性建立完畢)
- 靜態內部類的方式實現的單例模式：執行緒安全(只有在第一次載入內部類資訊時才會建立物件)，效率高(不需要獲取互斥鎖)
優缺點
- 優點：執行緒安全，效率高，實現了延遲載入
- 缺點：只適合簡單的物件例項，需要建立的物件例項有複雜操作時(如要對 物件例項 進行其他賦值操作)，程式碼會更復雜。反射會破壞單例模式。
8、餓漢式(列舉)
參考程式碼
enum Husband {
HUSBAND;
}
說明：除了第8種列舉類實現單例模式，其他七種模式都會被反射、序列化破壞單例模式(因為反射可以獲得類的私有屬性的構造器)，只有列舉類實現的單例不會被反射破壞，反射無法獲取到列舉類的構造方法。
優缺點
- 優點：執行緒安全，呼叫效率高，不會被反射、序列化破壞列舉單例
- 缺點：不能延時載入