定义

单例模式(Singleton Pattern)是一种比较简单的设计模式，它的定义是：

Ensure a class has only one instance, and provide a global point of access to it.（确保某一个类只有一个实例，而且自行实例化并向整个系统提供这个实例。）

单例模式的通用UML图如下：

单例模式

从图中可以看出，Singleleton是一个单例类，通过private的构造函数来声明一个程序中只产生一个类的对象，并且这个对象是在Singleleton类中自行实例化的在（Singleton中自己使用new Singleton())。单例模式的通用代码如下：

public class Singleton{
    private static final Singleton singleton = new Singleton();  //在内部定义一个静态的对象
    private Singleton{
        //定义私有的构造函数
    }
    public static singleton getSingleton(){  //调用该方法得到对象
        return singleton;
    }
    public static void doSomething(){
        //对象所要操作的动作
    }
}

下面利用单例模式的思想来实际编写一个简单的程序：

public class HeadTeacher{
    private static final HeadTeacher headteacher = new HeadTeacher();  //建立一个班主任对象 
    private HeadTeacher{
        //定义私有的构造函数
    }
    public static HeadTeacher getHeadTeacher(){  //得到该对象的方法
        return headteacher;
    }
    public static void say(){
        System.out.println("Hello students! I am miss Zhang");  //向学生打招呼
    }
}

public class Student{
    public static void main(String[] args){
        for(int i=0;i<5;i++){  //学生周一到周五到学校上课
            HeadTeacher headteacher = HeadTeacher.getHeadTeacher();
            headteacher.say();  //班主任向学生打招呼
        }
    }
}

这个程序是在模仿生活中班主任在每一个工作日向学生打招呼说“Hello students”，这些学生只有一个班主任，因此他们只会听到这位班主任的招呼，而不是其他的班主任。程序的运行结果如下：

简单的单例模式

应用

单例模式的优点主要有以下几个方面：
（1）由于单例模式在内存中只有一个实例，所以减少了内存开支和系统的性能开销。
（2）单例模式可以避免对资源的多重占用。例如写一个文件动作，由于只有一个实例存在内存中，避免了对同一个资源文件的同时写操作。
（3）单例模式可以在系统设置全局的访问点，优化和共享资源访问。例如可以设计一个单例类来负责所有数据表的映射处理。

综合以上的优点，当我们再设计程序时看到需要在一个系统中，要求一个类有且仅有一个对象并且如果出现多个对象就会出现“不良反应”的需求时，就可以使用单例模式。具体的场景如下：
（1）要求生成唯一序号的环境。
（2）在整个项目中需要一个共享访问点或者共享数据。例如一个Web页面上的一个计数器，可以使用单例模式保持计数器的值，并确保线程是安全的。
（3）创建一个对象消耗过多时。
（4）需要定义大量的静态常量和静态方法的环境时。

注意事项

单例模式也有比较明显的缺点，具体如下：
（1）单例模式一般是没有接口的，扩展会很困难，如果要扩展，除了修改代码基本上就没有其他的办法。
（2）单例模式对于测试是不利的。在实际开发中，加入单例模式没有完成，是无法进行程序测试的，因为它既没有接口也不能用其他方式虚拟一个对象。
（3）在高并发的情况下，需要注意单例模式的线程同步问题。单例模式有着不同的实现方式，上面的“班主任打招呼”的例子是不会产生多个实例情况的，但是在某些情况下是必须要考虑线程同步的，举例来说：

public class Singleton{
    private static Singleton singleton = null;
    private Singleton(){
        //构造函数
    }
    public static Singleton getSingleton(){  //返回实例
        if(singleton=null){
            singleton = new Singleton();
        }
        return singleton;
    }
}

在上述代码中是有可能出现线程同步问题的，例如线程A在执行到singleton = new Singleton();这一步时需要等待JVM来创造一个对象，而在等待的时候线程B也在执行，而且正好执行到了if(singleton=null)这一步，由于这时候线程A要创建的对象还没有初始化出来，因此线程B在这里获得的判断条件为真，它就会继续执行下去。这样线程A和线程B都创建了一个对象。