单例模式
单例模式（Singleton pattern）是java中最常见的设计模式之一。该模式属于创建型设计模式，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对象的方式，可以直接访问，不需要实例化该类的对象。
注意：
- 1.单例类只有一个实例。
- 2.单例类必须自己创建自己唯一的实例。
- 3.单例类必须给其他所有对象提供这一实例。
一、介绍
意图：保证一个类仅有一个实例，并提供一个访问它的全局访问点。
主要解决：一个全局使用的类，频繁的创建与销毁。
何时使用：当你想控制实例数量，节省系统资源的时候。
如何解决：判断系统是否有这个单例，如果有则返回，没有则创建。
关键代码：构造函数是私有的。
应用场景：
- Windows的任务管理器（Task Manager）就是很典型的单例模式（熟悉吧，试试看自己能不能同时打开两个Task Manager）
- Windows的回收站（Recycle Bin）也是典型的单例模式。在整个系统运行中，回收站一直维护着仅有的一个实例。
- 网站计数器一般也是采用单例模式，否则难以同步。
- 应用程序的日志应用，一般都会采用单例模式实现，这一般是由于共享的日志文件一直处于打开状态，因为只能有一个实例去操作，否则内容不好追加。
- Web应用配置对象的读取，一般也应用单例模式，这个是由于配置文件共享的资源。
- 数据库连接池的设计一般也是采用单例模式，因为数据库连接是一种数据库资源。数据库软件系统中使用数据库连接池，主要是节省打开或者关闭数据库连接所引起的效率损耗，这种效率上的损耗还是比较昂贵的，采用单例模式来维护，就可以大大降低这种损耗。
- 多线程的线程池的设计一般也是采用单例模式，这是由于线程池要方便对池中线程进行控制。
- 操作系统的文件系统，也是大的单例模式实现的，一个操作系统只能有一个文件系统。
优点：1.在内存中只有一个实例，减少了内存开销，尤其是频繁的创建和销毁实例（比如管理学院首页页面缓存）。2.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，与单一的职责冲突，一个类应该只关心内部逻辑，而不关心外部怎么样来实例化。
使用场景：1、要求生产唯一的序列号。2、Web中的计数器，不用每次刷新都在数据中添加一次，用单例先缓存起来。3、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。
二、单例模式的几种实现方式
单例模式有多种实现方式，如下所示：
1 . 懒汉式，线程不安全
是否延迟初始化：是
是否多线程安全：否
实现难度：易
描述：这种方式是最基本的实现方式，这种实现最大的问题就是不支持多线程。因为没有加锁 synchronized，所以严格意义上它并不算单例模式。
这种方式 lazy loading 很明显，不要求线程安全，在多线程不能正常工作。
//懒汉式单例类，在第一次调用时实例化自己
public class Singleton {
private static Singleton instance;
private Singleton(){}
//静态工厂方法
public static Singleton getInstance(){
if(instance == null){
instance = new Singleton();
}
return instance;
}
}接下来介绍的几种实现方式都支持多线程，但在性能上有所差异。
2 . 懒汉式，线程安全
是否延迟初始化：是
是否多线程安全：是
实现难度：易
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。
getInstance() 的性能对应用程序不是很关键（该方法使用不太频繁）。
public class Singleton {
private static Singleton instance;
private Singleton () {}
public static synchronized Singleton getInstance () {
if (null == instance) {
instance = new Singleton;
}
return instance;
}
}3 . 饿汉式
是否延迟初始化：否
是否多线程安全：是
实现难度：易
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，但在单例模式中大多数是调用instance方法，但也不能确认有其他的方式（或者其他的静态方法）导致类装载，这时候初始化instance显然没有达到延迟加载的效果。
public class Singleton {
private static Singleton instance = new Singleton();
private Singleton(){}
public static Singleton getInstance(){
return instance;
}
}4 . 双检锁/双重校验锁（DCL，即double-checked locking）
JDK版本：JDK1.5+
是否延迟初始化：是
是否多线程安全：是
实现难度：较复杂
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。
getInstance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(null == singleton){
synchronized (Singleton.class) {
if (null == singleton) {
singleton = new Singleton();
}
}
}
return singleton;
}
}5 . 登记式/静态内部类
是否延迟初始化：是
是否多线程安全：是
实现难度：一般
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，它跟第 3 种方式不同的是：第 3 种方式只要 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;
}
}经验之谈：一般情况下，不建议使用第 1 种和第 2 种懒汉方式，建议使用第 3 种饿汉方式。只有在要明确实现 lazy loading 效果时，才会使用第 5 种登记方式。如果有其他特殊的需求，可以考虑使用第 4 种双检锁方式。