设计模式（Design pattern）一共有23种，而单例模式（Singleton Pattern）是 其中最简单的设计模式之一，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。单例模式有很多种写法，下面我们介绍一下常见的7种写法。

说明

单例模式有几个注意点：

• 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个实例

常见的单例模式主要分为懒汉式、饿汉式，这两种又衍生出了很多种写法。还有一种写法是单例的枚举模式，本文将逐一介绍。

懒汉模式

懒汉式，顾名思义就是实例在用到的时候才去创建，“比较懒”，用的时候才去检查有没有实例，如果有则返回，没有则新建。它有线程安全和不安全的两种写法，下面我们由浅入深，逐一讨论。

1. 单例实例在第一次使用时进行创建

这是一种比较常规和简单的写法，值得注意的是它的构造方法是私有的，一个线程不安全的写法，多线程环境下，可能运行多次就会new多次，会产生一定的影响。

@Slf4j
@NotThreadSafe
public class SingletonDemo1 {

    //私有构造函数，让构造函数为 private，这样该类就不会被实例化
    //如果不将它们设为私有，则将创建多个Singleton类实例,保证了单例类只能有一个实例
    private SingletonDemo1() {

    }

    //单例对象
    private static SingletonDemo1 instance = null;

    //静态工厂方法获取对象
    public static SingletonDemo1 getInstance() {
        //在单线程模式下没有问题，多线程下，可能运行多次就会new多次，会产生一定的影响
        if (instance == null) {
            instance = new SingletonDemo1();
        }
        return instance;
    }
    
}

2.通过加入 synchronized 关键词实现线程安全的懒汉式

通过加入 synchronized 关键词可以实现线程安全的，但是加入synchronized之后失去了并发性，同一时刻只允许一个线程访问。优点：线程安全，缺点：当然是缺乏并发性，给性能带来一定的开销。

@Slf4j
@ThreadSafe
@NotRecommend
public class SingletonDemo3 {

    //私有构造函数
    private SingletonDemo3() {

    }

    //单例对象
    private static SingletonDemo3 instance = null;

    //静态工厂方法获取对象
    //加上synchronized关键字
    public static synchronized SingletonDemo3 getInstance() {
        if (instance == null) {
            instance = new SingletonDemo3();
        }
        return instance;
    }
    
}

3.懒汉模式的双重同步锁代理模式（线程不安全）

懒汉模式的另一种写法是双重同步锁代理模式，又称双重检测机制 （DCL），如下：

@Slf4j
@NotThreadSafe
public class SingletonDemo4 {

    //私有构造函数
    private SingletonDemo4() {

    }
    
    //单例对象
    private static SingletonDemo4 instance = null;

    //静态工厂方法获取对象
    public static SingletonDemo4 getInstance() {
        if (instance == null) {//双重检测机制 DCL     //B
            synchronized (SingletonDemo4.class) {  //同步锁
                if (instance == null) {
                    instance = new SingletonDemo4();  //A -3
                }
            }
        }
        return instance;
    }
    
}

我们在getInstance()里面又加了一个双重检测校验，这种方式在单线程下面没有问题，而在多线程情况下就会不安全了，一般情况下它的执行顺序为：

1. memory = allocate() 分配对象的内存空间
2. ctorInstance()初始化对象
3. instance = memory 设置instance指向放分配的内存

由于可能会出现指令重排的情况，由于jvm和cpu优化，发生了指令重排，执行顺序就可能为：1、3、2。
例如： 两个线程，线程A、B同时调用这个getInstance方法，A执行到了下面A的位置，而B执行到了下面B的位置，如果按照上面说的指令重排的1,3,2顺序 A执行了3，而B线程来了之后，发现A线程已经有值了（但是它还没执行2对其进行初始化操作），然后直接返回了，就会出问题了。此刻，我们需要在当前这种情况下，防止指令重排，就引出了volatile关键字。

4.懒汉模式的双重同步锁代理模式（线程安全）

限制它产生指令重排，用volatile关键字，如下：

@Slf4j
@ThreadSafe
public class SingletonDemo5 {

    //私有构造函数
    private SingletonDemo5() {

    }

    /**
     * 1、memory = allocate() 分配对象的内存空间
     * 2、ctorInstance()初始化对象
     * 3、instance = memory 设置instance指向放分配的内存
     */

    //单例对象  volatile + 双重检测机制  ->   禁止指令重排
    private static volatile SingletonDemo5 instance = null;

    //静态工厂方法获取对象
    public static SingletonDemo5 getInstance() {
        if (instance == null) {//双重检测机制 DCL     //B
            synchronized (SingletonDemo5.class) {  //同步锁
                if (instance == null) {
                    instance = new SingletonDemo5();  //A -3
                }
            }
        }
        return instance;
    }


}

恶汉模式

5.常规恶汉模式写法

恶汉模式它在类装载使用时进行创建(能保证线程安全)，同时也会引入一个缺点，就是如果类的构造方法中存在着过多的处理，会导致这个类加载的时候特别慢。

@Slf4j
@ThreadSafe
public class SingletonDemo2 {

    //饿汉模式缺点--如果类的构造方法中存在着过多的处理，会导致这个类加载的时候特别慢

    //私有构造函数
    private SingletonDemo2() {

    }

    //单例对象
    private static SingletonDemo2 instance = new SingletonDemo2();

    //静态工厂方法获取对象
    public static SingletonDemo2 getInstance() {
        return instance;
    }
}

6.通过静态代码块方式的汉模式

通过静态代码块的方式来实例化类对象，这里有点需要注意，就是在写静态域或者静态代码块的时候，我们要注意顺序，如下面1和2顺序不能颠倒，颠倒了之后他们的执行结果会有所不同。

@Slf4j
@ThreadSafe
public class SingletonDemo6 {

    //饿汉模式缺点--如果类的构造方法中存在着过多的处理，会导致这个类加载的时候特别慢

    //私有构造函数
    private SingletonDemo6() {

    }

    //单例对象
    //当我们在写静态域或者静态代码块的时候，我们要注意顺序，如下面1和2顺序不能颠倒，
    //他们的执行结果会有所不同
    //1
    private static SingletonDemo6 instance = null;

    //2
    static {
        instance = new SingletonDemo6();
    }


    //静态工厂方法获取对象
    public static SingletonDemo6 getInstance() {
        return instance;
    }

    public static void main(String[] args) {
        System.out.println(getInstance().hashCode());
        System.out.println(getInstance().hashCode());
    }

}

枚举模式

7.枚举方式的单例模式

说实话，这种方式用的比较少，但是还是比较推荐的一种写法，一来它是线程安全的。它相比于我们的懒汉模式在安全性方面得到了保证，它相比于饿汉模式，在实际调用的时候才做初始化

@Slf4j
@ThreadSafe
@Recommend
public class SingletonDemo7 {

    //私有构造函数
    private SingletonDemo7() {

    }

    public static SingletonDemo7 getInstance() {
        return Singleton.INSTANCE.getInstance();
    }

    private enum Singleton {
        INSTANCE;

        private SingletonDemo7 singleton;

        //JVM保证这个方法绝对只调用一次
        Singleton() {
            singleton = new SingletonDemo7();
        }

        public SingletonDemo7 getInstance() {
            return singleton;
        }
    }
}

总结

本文总结了7种单例模式的具体写法，有浅入深。从最简单的懒汉模式入手，引出了线程安全的实现方式。从DCL的懒汉模式的cpu指令重排，又引入了volitate关键字。此外，还讲了恶汉模式的常规写法，以及通过静态代码块的写法。最后，举了比较推荐的枚举方式的单例模式。

图文与内容无关系列

参考：https://github.com/nuptkwz/notes/tree/master/technology/designpattern