前言
单例模式主要用来保证系统中某个类的实例对象的唯一性，是最简单的一种设计模式，而且在面试中也经常会被问到，是非常值得我们去学习的。如果你们面试遇到了哪些设计模式的考察，也欢迎留言，我会及时发新的博文。
文章目录
1. 模式定义
单例模式（Singleton Pattern）：确保某一个类只有一个实例，而且自行实例化并像整个系统提供这个实例，这个类称为单例类，它会提供全局访问的方法。单例模式是对象创建型模式的一种。
单例模式的三个要点：
- 某个类只能有一个实例
- 必须自行创建这个实例
- 必须自行向整个系统提供这个实例
2. 模式实现
要想实现单例模式，我们可以从它的三个要点入手：
首先是单例的唯一性，既然单例是唯一的，我们毫无疑问应该给他加上 static 关键字，又因为这个对象不应该直接暴露，所以还要加上 private 进行访问限定。
private static Singleton instince = null;
接着，就是这个对象需要由单例类自行创建，这时我们就应该屏蔽外界访问该类初始化方法的接口，也就是用 private 修饰构造函数。
private Singleton() {
}
最后一点就比较容易实现了，给公有工厂方法 static 关键字，即可实现向整个系统提供这个实例。
public static Singleton getInstance() {
if (instance == null) {
instince = new Singleton();
}
return instance;
}
将以上代码整合一下，就可以得到如下的单例模式的代码实现模板：
public class Singleton {
//静态私有成员变量，保证实例的唯一性
private static Singleton instince = null;
//私有构造函数，保证实例由类自行创建
private Singleton() {
}
// 静态公有工厂方法，向系统提供这个唯一实例
public static Singleton getInstance() {
if (instance == null) {
instince = new Singleton();
}
return instance;
}
}
下面是针对上面单例模式实现模板的客户端测试代码：
public Client {
public static void main(String []args) {
Singleton s1 = Singleton.getInstance();
Singleton s2 = Singleton.getInstance();
System.out.println(s1 == s2); //true
}
}
3. 单例模式的拓展
单例模式可以分为懒汉式单例和饿汉式单例，它们的区别主要在单例类对象的初始化时间上。下面我们来详细讲解：
3.1 懒汉式单例
懒汉式单例模式的结构图如下图所示：
在模式图中，我们可以看到这实例对象在创建类的时候并没有初始化，而是等到有人调用getInstance()方法获取实例的时候才进行实例对象的初始化，这也恰恰体现了懒汉式的这种“懒惰行为”。
下面是以“身份证号码类”作为例子，编写的懒汉式单例代码。
public class IdentityCardNo {
private String no;
//某个类只能有一个实例
private static IdentityCardNo instince = null;
//必须自行创建这个实例
private IdentityCardNo() {
}
//必须自行向整个系统提供这个实例
public static IdentityCardNo getInstance() {
if (instince == null) {
System.out.println("第一次办理身份证，分配新号码");
instince = new IdentityCardNo();
instince.setIdentityCardNo("400000199710301111");
} else {
System.out.println("重复办理身份证，获取旧号码");
}
return instince;
}
public String getIdentityCardNo() {
return no;
}
public void setIdentityCardNo(String no) {
this.no = no;
}
}
可以仿造上面的方法，写一个Client类来进行检验。
3.2 饿汉式单例
饿汉式单例模式的结构图如下图所示：
由于饿汉式单例的“饥饿”特性，使得它在类加载阶段就对单例类对象进行了初始化，从上面的结构图也可以看出这一点。
下面代码是上面那个例子的饿汉式实现：
public class IdentityCardNo {
private String no;
//某个类只能有一个实例
private static IdentityCardNo instince = new IdentityCardNo();
//必须自行创建这个实例
private IdentityCardNo() {
System.out.println("第一次办理身份证，分配新号码");
}
//必须自行向整个系统提供这个实例
public static IdentityCardNo getInstance() {
instince.setIdentityCardNo("400000199710301111");
return instince;
}
public String getIdentityCardNo() {
return no;
}
public void setIdentityCardNo(String no) {
this.no = no;
}
}
4. 多线程环境中的单例模式
上面提到的懒汉式单例是线程不安全的，在多线程的环境下，对象的唯一性得不到保障。于是就有了下面几种线程安全的单例模式实现方法，其中第1,2种方法是对懒汉式的改进，第 3 中是对饿汉式的改进。
4.1 延时加载
我们可以用synchronized关键字修饰getInstance()方法，利用延时加载的方式保证在多线程环境下对象的唯一性。但是这种方法在容易造成线程拥塞，效率不高。
实现代码如下：
public class Singleton {
private static Singleton instince = null;
private Singleton() {
}
public static synchronized Singleton getInstance() {
if (instance == null) {
instince = new Singleton();
}
return instance;
}
}
4.2 双重校验锁
这种方式采用双锁机制，线程安全且在多线程情况下能保持高性能，是比较推荐使用的方法。
实现代码如下：
public class Singleton {
private static Singleton instince = null;
private Singleton() {
}
public static Singleton getInstance() {
if (instance == null) {
//只将synchronized关键字用在了初始化模块
synchronized (Singleton.class) {
if (install == null) {
instince = new Singleton();
}
}
}
return instance;
}
}
4.3 静态内部类
这种方式通过给对象加上final关键字修饰，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。
实现代码如下：
public class Singleton {
private static final Singleton instince = new Singleton();
private Singleton() {}
public static Singleton getInstance() {
return Singleton.instance;
}
}
参考资料
