单例模式的实现方式

单例模式介绍

单例模式是应用最广的模式之一，在应用这个模式时，单例对象的类必须保证只有一个实例存在。
如在一个应用中，应该只有一个 ImageLoader 实例，这个 ImageLoader 中又包含有线程池、缓存系统、网络请求等，很消耗资源，因此，没有理由让它构造多个实例。

单例模式的使用场景

确保某个类有且只有一个对象的场景，避免产生多个对象消耗过多的资源，或者某种类型的对象应该有且只有一个。

单例模式 UML 类图

实现方式

简单的懒汉模式

懒汉模式在用户第一次调用 getInstance() 时进行初始化。

public class Singleton {
    private static Singleton mInstance;
    /**
     * 构造函数私有化
     */
    private Singleton() {

    }
    public static synchronized Singleton getInstance() {
        if (mInstance == null) {
            mInstance = new Singleton();
        }
        return mInstance;
    }
}

优点是单例只有在使用时才会被实例化，在一定程度上节约了资源；
缺点是每次调用 getInstance() 都进行同步，造成不必要的同步开销。这种模式一般不建议使用。

Double Check Lock（DCL）实现单例
DCL 方式实现单例模式的优点是既能够在需要时才初始化单例，又能保证线程安全，且单例对象初始化后不进行同步锁。

public class Singleton {
    private static Singleton mInstance;
    /**
     * 构造函数私有化
     */
    private Singleton() {
    }
    public static Singleton getInstance() {
        if (mInstance == null) {
            synchronized (Singleton.class) {
                if (mInstance == null) {
                    mInstance = new Singleton();
                }
            }
        }
        return mInstance;
    }
}

可以看到进行了两次非空判断，第一层判断主要是为了避免不必要的同步，只有实例第一次被访问时，才会有线程进入同步块，这样极大提高了性能。避免了synchronized带来的较大性能损失。

第一次访问时，如果有多个线程同时进入if块，只有第一个线程会获得锁，其他线程被阻塞，第一个线程可以创建实例，退出 synchronized 。被阻塞的线程会进入同步块，进行第二次check,如果此时实例不为null，则返回。

仔细一想，这个代码挺完美的，但是不是这个样子的，具体问题出现在哪呢？

Java程序创建一个实例的过程为： mInstance = new Singleton() 语句，这里看起来是一句代码，但实际上它并不是一个原子操作，这句代码最终会被编译成多条汇编指令，它大致做了3件事情：
（1）给 Singleton 的实例分配内存
（2）调用 Singleton() 的构造函数，初始化成员字段；
（3）将 mInstance 对象指向分配的内存空间（此时 mInstance 就不是 null 了）。

但是，由于 Java 编译器允许处理器乱序执行，上面的第二和第三的顺序是无法保证的。也就是说，执行顺序可能是 1-2-3 也可能是 1-3-2。如果是后者，并且在 3 执行完毕、2 未执行之前，被切换到线程 B 上，这时候 mInstance 因为已经在线程 A 内执行过了第三点，mInstance 已经是非空了，所以，线程 B 直接取走 mInstance，再次使用时就会出错，这就是 DCL 失效问题。

在 JDK 1.5 之后，SUN官方已经注意到这种问题，调整了 JVM，具体化了 volatile 关键字，
用该关键字修饰的变量在被变更时会被其他变量可见，最主要的是防止了重排序。因此在 JDK1.5 之后只需要改成 private volatile static Singleton mInstance; 就可以保证 mInstance 对象内存都是从主内存中读取，就可以使用 DCL 的写法来完成单例模式。
当然，volatile 或多或少也会影响性能，但考虑到程序的正确性，牺牲着点性能耗时值得的。

DCL 的优点：资源利用率高，第一次执行 getInstance 时单例对象才会被实例化，效率高。
缺点：第一次加载时反应稍慢，也由于 JMM 的原因偶尔会失败。在高并发环境下有一点的缺陷。

静态内部类单例模式

public class Singleton {
    private Singleton() {
    }

    public static Singleton getInstance() {
        return SingletonHolder.mInstance;
    }

    private static class SingletonHolder {
        private static final Singleton mInstance = new Singleton();
    }
}

当第一次加载 Singleton 类时并不会初始化 mInstance，只有在第一次调用 Singleton 的 getInstance 方法时才会导致 mInstance 被初始化。因此，第一次调用 getInstance 方法会导致虚拟机加载 SingletonHolder 类，这种方式不仅能够确保线程安全，也能够保证单例对象的唯一性，同时也延迟了单例的实例化，所以这是推荐使用的单例实现方式。

枚举单例

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public enum SingletonEnum {
    INSTANCE;
}

写法简单是枚举单例最大的优点，枚举在 java 中与普通的类是一样的，不仅能够有字段，还能够有自己的方法。最重要的是默认枚举实例的创建是线程安全的，并且在任何情况下它都是一个单例。