java实现单例模式的几种方式

前言

在日常的开发中实现一个单例类是非常常见的需求.每个人都有自己喜欢的实现方式.每种实现方式都有可以讨论的点.这篇文章收集了Java中能见到的实现单例模式的几乎所有方式作为参考.

懒汉模式

public class Singleton {  
    
    private static Singleton instance;
        
    private Singleton (){
    }
    
    public static Singleton getInstance() {  
        if (instance == null) {
            instance = new Singleton();
        }        
        return instance;
    }  
}
```  

这种写法可以实现`lazy loading`，但是致命的是在多线程不能正常工作(话说很少有在多线程环境下初始化单例类, 可以在容器启动时就进行初始化).

### 懒汉-线程安全

```java
public class Singleton {  
    
    private static Singleton instance;
        
    private Singleton (){
    }
    
    public static synchronized Singleton getInstance() {  
        if (instance == null) {
            instance = new Singleton();
        }        
        return instance;
    }  
}
``` 
这种写法能实现线程安全, 但是每次方法实例都要同步,这是不可取的.

### 懒汉-线程安全2

```java
public class Singleton {  
    
    private static volatile Singleton instance;
        
    private Singleton (){
    }
    
    public static Singleton getInstance() {  
        if (instance == null) {
            synchronized(Singleton.class){
                if(instance == null){
                    instance = new Singleton();
                }
            }
        }        
        return instance;
    }  
}

这种写法能实现线程安全, 并且不会在每次调用getInstance方法时都进行同步

饿汉模式

public class Singleton {  
     
     private static Singleton instance = new Singleton();  
     
     private Singleton (){
     }
     
     public static Singleton getInstance() {  
        return instance;  
     }  
}

这种方式基于classloder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，在单例模式中大多数都是调用getInstance方法， 但是也不能确定有其他的方式（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lazy loading的效果。

饿汉模式变种

public class Singleton {
  
    private static Singleton instance;
    
    static {
        instance = new Singleton();
    }  
             
    private Singleton (){
    }
    public static Singleton getInstance() {  
       return instance;  
    }  
}  
``` 

这种实现方式和上面的方式没有本质的不同,都是在类加载的时候进行初始化实例.
  
### 静态内部类

```java
public class Singleton {  
    
    private static class SingletonHolder {
        private static Singleton instance = new Singleton();    
    }
        
    private Singleton (){
    }
    
    public static Singleton getInstance() {  
        return SingletonHolder.instance;
    }  
}

这种方式同样利用了classloder的机制来保证初始化instance时只有一个线程，它跟第三种和第四种方式不同的是（很细微的差别）：第三种和第四种方式是只要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，只有显示通过调用getInstance方法时，才会显示装载SingletonHolder类，从而实例化instance。想象一下，如果实例化instance很消耗资源，我想让他延迟加载，另外一方面，我不希望在Singleton类加载时就实例化，因为我不能确保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，这种方式相比第三和第四种方式就显得很合理。

枚举

public enum Singleton {  
   INSTANCE;  
   public void whateverMethod() {  
   }  
}

这种方式是Effective Java作者Josh Bloch 提倡的方式，它不仅能避免多线程同步问题，而且还能防止反序列化重新创建新的对象，可谓是很坚强的壁垒啊，不过，个人认为由于1.5中才加入enum特性，用这种方式写不免让人感觉生疏，在实际工作中，我也很少看见有人这么写过

总结

有两个问题需要注意：

1. 如果单例由不同的类装载器装入，那便有可能存在多个单例类的实例。假定不是远端存取，例如一些servlet容器对每个servlet使用完全不同的类装载器，这样的话如果有两个servlet访问一个单例类，它们就都会有各自的实例。
2. 如果Singleton实现了java.io.Serializable接口，那么这个类的实例就可能被序列化和复原。不管怎样，如果你序列化一个单例类的对象，接下来复原多个那个对象，那你就会有多个单例类的实例。

对第一个问题修复的办法是：

 private static Class getClass(String classname) throws ClassNotFoundException {     
        ClassLoader classLoader = Thread.currentThread().getContextClassLoader();     
        if(classLoader == null) {     
           classLoader = Singleton.class.getClassLoader();
        }
        return (classLoader.loadClass(classname));     
    }     
}

对第二个问题修复的办法是：

public class Singleton implements java.io.Serializable {     
     
     public static Singleton INSTANCE = new Singleton();     
        
     protected Singleton() {     
          
     }
          
     private Object readResolve() {     
              return INSTANCE;     
     }    
}

关于readResolve方法可以参考https://docs.oracle.com/javase/7/docs/platform/serialization/spec/input.html

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通过反射创建单例类的另一个实例：

如果借助AccessibleObject.setAccessible方法，通过反射机制调用私有构造器，反射攻击. 这个问题可以通过设置标志位, 当第二次调用构造方法时抛出异常.

参考

http://www.blogjava.net/kenzhh/archive/2011/09/02/357824.html
http://ycymio.com/blog/2016/10/08/designpattern-singleton/