一、前言
有時候我們隻需要一個類隻有一個對象，如，線程池、緩存、windows的任務管理器、系統資料庫等，是以就有了單例模式，確定了一個類隻存在一個執行個體。單例模式的實作非常簡單，但是其中的細節也需要注意。下面我們就來看看他的各種實作。
二、實作
單例模式的實作方式有很多，根據是否立即建立對象分為“懶漢”和“餓漢”兩大類别，即是否在類加載時立即建立對象，如果該對象頻繁被使用，可以使用“餓漢式”提高效率；反之則可以使用“懶漢式”來避免記憶體的浪費。而“懶漢式”的建立在多線程環境下則有許多方式來保證線程安全。
1. 懶漢式-線程不安全
public class Singleton {
public static Singleton instance;
// 私有化構造方法，保證外部無法建立對象
private Singleton() {}
public static Singleton getInstance() {
if (instance == null) {
instance = new Singleton();
}
return instance;
}
} 複制
這種隻能保證在單線下擷取到單例對象，并且在需要的時候才會建立對象，故此稱為“懶漢式”。但是因為new Singleton()該操作并不是原子操作，當線程1執行到此時，可能還并未建立執行個體，那麼線程2在判斷instance==null時就會為真，進而産生多個執行個體。
2. 懶漢式-線程安全
public class Singleton {
private static Singleton instance;
// 私有化構造方法，保證外部無法建立對象
private Singleton() {}
public static synchronized Singleton getInstance() {
if (instance == null) {
instance = new Singleton();
}
return instance;
}
} 複制
這種方式保證了線程安全，但是效率非常低，是以一般不推薦使用。
3. 餓漢式
public class Singleton {
private static Singleton instance = new Singleton();
private Singleton() {}
public static Singleton getInstance() {
return instance;
}
} 複制
與懶漢式的差別是類加載的時候立即建立了對象執行個體，保證了對象始終隻會有一個，但是如果該對象一直不被使用，就會浪費記憶體資源。
4. 靜态内部類
public class Singleton {
private Singleton() {}
private static class SingletonInstance {
private static final Singleton INSTANCE = new Singleton();
}
public static Singleton getInstance() {
return SingletonInstance.INSTANCE;
}
} 複制
使用靜态内部類來實作單例其實也是懶漢式的優化實作，利用類初始化時線程安全這一特點來建立單例對象，同時因為是在靜态内部類中，有且僅當getInstance()方法被調用時才會被初始化，是以也避免了記憶體的浪費。
5. 雙重校驗鎖
public class Singleton {
private static volatile Singleton instance;
private Singleton() {}
public static Singleton getInstance() {
if (instance == null) {
synchronized (Singleton.class) {
if (instance == null) {
instance = new Singleton();
}
}
}
return instance;
}
} 複制
該方式是“餓漢式”的變種，保留了“餓漢式”的特點的同時保證了線程的安全。但是，需要注意的是volatile關鍵字是必須的，在網上很多文章上看到都沒帶這個關鍵字，如果不加可能會導緻程式的崩潰。是以該方法隻能在JDK1.5後使用。
volatile是保證線程之間的可見性。倘若沒有該關鍵字，假設線程1和線程2先後調用getInstance()方法，當線程1進入方法時判斷instance=null，是以去執行new Singleton()建立執行個體，上文提到該操作并非原子操作，會被編譯為三條指令：
- 配置設定對象的記憶體空間；
- 初始化對象；
- 将對象指向記憶體位址；
而jvm會為了執行效率而進行指令重排，重排後的指令順序為：1->3->2，當指令執行完第3條指令，此時線程2進入方法進行第一次判斷時，就會得到一個并不完整的對象執行個體（因為對象還未初始化，隻是配置設定了記憶體空間），接着線程1執行完第2條指令，又會傳回這個執行個體的完全态，但并不會立即重新整理主記憶體，是以線程2并不能通路到，程式就會出現錯誤導緻崩潰。而volatile就是為了處理這個問題，他能保證當某個線程改變對象執行個體後，立即重新整理主記憶體，讓其他線程能夠同樣擷取到相同的執行個體對象，就不會出現不一緻的問題了。
6. 枚舉
public enum Singleton {
INSTANCE;
} 複制
用枚舉的方式建立單例非常簡單明了，它本身能保證線程的安全，還能防止反序列化（readObject()）導緻對象不一緻的問題，唯一的缺點則是同餓漢式一樣會立即建立對象執行個體（反編譯後可以看到），如果不考慮這點枚舉應是單例實作的最佳方式，也是《Effective Java》作者推薦的方式。
三、總結
單例模式是比較常用的模式之一，本文總結了6種實作方式，可以感受到看似簡單的代碼背後涉及到的細節非常多，是以也是非常考驗我們的基本功。在本文中并沒有考慮反射入侵的情況，有興趣的讀者們可自行研究。