设计模式单例模式

• 单例模式（Singleton Pattern）是 Java 中最简单的设计模式之一。这种类型的设计模式属于创建型模式，它提供了一种创建对象的最佳方式。
• 这种模式涉及到一个单一的类，该类负责创建自己的对象，同时确保只有单个对象被创建。这个类提供了一种访问其唯一的对象的方式，可以直接访问，不需要实例化 ,该类的对象。
• 优点：
  • 在内存里只有一个实例，减少了内存的开销，尤其是频繁的创建和销毁实例。
  • 避免对资源的多重占用（比如写文件操作）。
• 缺点：没有接口，不能继承，与单一职责原则冲突，一个类应该只关心内部逻辑，而不关心外面怎么样来实例化。
• 使用场景：
  • 要求生产唯一序列号。
  • WEB 中的计数器，不用每次刷新都在数据库里加一次，用单例先缓存起来。
  • 创建的一个对象需要消耗的资源过多，比如 I/O 与数据库的连接等。
• 注意：
  • 单例类只能有一个实例。
  • 单例类必须自己创建自己的唯一实例。
  • 单例类必须给所有其他对象提供这一实例。

懒汉式

• 是否 Lazy 初始化：是。
• 是否多线程安全：是。
• 描述：这种方式具备很好的 lazy loading，能够在多线程中很好的工作，但是，效率很低，99% 情况下不需要同步。
• 优点：第一次调用才初始化，避免内存浪费。
• 缺点：必须加锁 synchronized 才能保证单例，但加锁会影响效率。

public class Singleton {  
    private static Singleton instance;  
    private Singleton (){}  
    public static synchronized Singleton getInstance() {  
        if (instance == null) {  
            instance = new Singleton();  
        }  
        return instance;  
    }  
}

饿汉式

• 是否 Lazy 初始化：否。
• 是否多线程安全：是。
• 描述：这种方式比较常用，但容易产生垃圾对象。它基于 classloader 机制避免了多线程的同步问题，不过，instance 在类装载时就实例化，虽然导致类装载的原因有很多种，在单例模式中大多数都是调用 getInstance 方法，但是也不能确定有其他的方式（或者其他的静态方法）导致类装 X载，这时候初始化 instance 显然没有达到 lazy loading 的效果。
• 优点：没有加锁，执行效率会提高。
• 缺点：类加载时就初始化，浪费内存。

public class Singleton {  
    private static Singleton instance = new Singleton();  
    private Singleton (){}  
    public static Singleton getInstance() {  
        return instance;  
    }  
}

双检锁/双重校验锁（DCL，即 double-checked locking）

• 是否 Lazy 初始化：是。
• 是否多线程安全：是。
• 描述：这种方式采用双锁机制，安全且在多线程情况下能保持高性能。getSingleton (）的性能对应用程序很关键。

public class Singleton {  
    private volatile static Singleton singleton;  
    private Singleton (){}  
    public static Singleton getSingleton() {  
        if (singleton == null) {  
            synchronized (Singleton.class) {  
                if (singleton == null) {  
                    singleton = new Singleton();  
                }  
            }  
        }  
        return singleton;  
    }  
}

• 为什么要进行第二次判空？：防止多次初始化，多线程下，有可能会出现两个线程都经过了前面第一次检查，来到了下面的 synchronized 这里，如果不判空，就会出现一个线程 new 了一个 Singleton 出来，然后释放锁，第二个线程进来又会 new 一个 Singleton 出来。
• volatile 能不能不加？：不能，volatile 作用：
  1. 保持内存可见性
  2. 防止指令重排序 volatile 这里的作用就是防止指令重排，INSTANCE = new Singleton(); 这一行主要做了下面几件事：
  3. 在内存中开辟空间
  4. 执行构造方法初始化对象
  5. 将对象的引用赋值给 INSTANCE 变量在不加 volatile 的情况下，第 2 和第 3 步是有可能发生指令重排的，即执行顺序变成了 1、3、2，假如我刚好执行到第 3 步，还没执行第 2 步，这时候另外一个线程调了这个方法，获取到的是还没执行初始化函数的对象，在上面的代码中，初始化函数什么都没做，所以没什么影响。但是如果初始化函数中需要做一些操作，那就有影响了。

登记式/静态内部类

• 是否 Lazy 初始化：是。

• 是否多线程安全：是。

• 描述：这种方式能达到双检锁方式一样的功效，但实现更简单。对静态域使用延迟初始化，应使用这种方式而不是双检锁方式。这种方式只适用于静态域的情况，双检锁方式可在实例域需要延迟初始化时使用。

  • 这种方式同样利用了 classloader 机制来保证初始化 instance 时只有一个线程，它跟饿汉式方式不同的是：饿汉式方式只要 Singleton 类被装载了，那么 instance 就会被实例化（没有达到 lazy loading 效果），而这种方式是 Singleton 类被装载了，instance 不一定被初始化。因为 SingletonHolder 类没有被主动使用，只有通过显式调用 getInstance 方法时，才会显式装载 SingletonHolder 类，从而实例化 instance。想象一下，如果实例化 instance 很消耗资源，所以想让它延迟加载，另外一方面，又不希望在 Singleton 类加载时就实例化，因为不能确保 Singleton 类还可能在其他的地方被主动使用从而被加载，那么这个时候实例化 instance 显然是不合适的。这个时候，这种方式相比第 3 种方式就显得很合理。

public class Singleton {  
    private static class SingletonHolder {  
        private static final Singleton INSTANCE = new Singleton();  
    }  
    private Singleton (){}  
    public static final Singleton getInstance() {  
        return SingletonHolder.INSTANCE;  
    }  
}

枚举

• 是否 Lazy 初始化：否。
• 是否多线程安全：是。
• 描述：这是实现单例模式的最佳方法。它不仅能避免多线程同步问题，而且还自动支持序列化机制，防止反序列化重新创建新的对象，绝对防止多次实例化。

public enum IdGenerator { 
    INSTANCE;
    
    private AtomicLong id = new AtomicLong(0);

    public long getId(){
        return id.incrementAndGet();
    }

    public static void main(String[] args) { 
        IdGenerator instance = IdGenerator.INSTANCE;
        System.out.printin(instance.getId());
    }
}