单例设计模式
它提供了一种创建对象的最佳方式。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。
这样做主要是利用全局访问点 ，在任何位置都可以访问到相同的实例，方便数据共享。确保一致性 ，避免竞态条件（多线程环境下，可以避免由于多个线程同时创建对象而导致的竞态条件。）
使用场景：
- 当一个类只应该有一个实例，且客户端应该能够从全局访问该实例时，可以考虑使用单例模式。
- 当需要控制资源的分配，限制实例的数量时，例如数据库连接池。
- 当希望避免频繁创建和销毁对象以提高性能时。
**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的对象的方式，可以直接访问，不需要实例化该类的对象。
实现：
- 使用枚举(Enum)实现单例模式 （枚举方式属于恶汉式方式）
java
public enum Singleton {
INSTANCE;
// 在枚举中添加您需要的方法和属性
public void doSomething() {
System.out.println("Singleton instance is doing something.");
}
}- 懒汉式（静态内部类方式）：
静态内部类单例模式中实例由内部类创建，由于 JVM 在加载外部类的过程中, 是不会加载静态内部类的 , 只有内部类的属性/方法被调用时才会被加载, 并初始化其静态属性。静态属性由于被 static 修饰，保证只被实例化一次，并且严格保证实例化顺序。
java
/**
* 静态内部类方式
*/
public class Singleton {
//私有构造方法
private Singleton() {}
private static class SingletonHolder {
private static final Singleton INSTANCE = new Singleton();
}
//对外提供静态方法获取该对象
public static Singleton getInstance() {
return SingletonHolder.INSTANCE;
}
}第一次加载Singleton类时不会去初始化INSTANCE，只有第一次调用getInstance，虚拟机加载SingletonHolder，并初始化INSTANCE，这样不仅能确保线程安全，也能保证 Singleton 类的唯一性。
- 懒汉式-方式3（双重检查锁）：
再来讨论一下懒汉模式中加锁的问题，对于 getInstance() 方法来说，绝大部分的操作都是读操作，读操作是线程安全的，所以我们没必让每个线程必须持有锁才能调用该方法，我们需要调整加锁的时机。由此也产生了一种新的实现模式：双重检查锁模式
java
/**
* 双重检查方式
*/
public class Singleton {
//私有构造方法
private Singleton() {}
private static Singleton instance;
//对外提供静态方法获取该对象
public static Singleton getInstance() {
//第一次判断，如果instance不为null，不进入抢锁阶段，直接返回实例
if(instance == null) {
synchronized (Singleton.class) {
//抢到锁之后再次判断是否为null
if(instance == null) {
instance = new Singleton();
}
}
}
return instance;
}
}双重检查锁模式是一种非常好的单例实现模式，解决了单例、性能、线程安全问题，上面的双重检测锁模式看上去完美无缺，其实是存在问题，在多线程的情况下，可能会出现空指针问题，出现问题的原因是JVM在实例化对象的时候会进行优化和指令重排序操作。
要解决双重检查锁模式带来空指针异常的问题，只需要使用 volatile 关键字, volatile 关键字可以保证可见性和有序性。
java
/**
* 双重检查方式
*/
public class Singleton {
//私有构造方法
private Singleton() {}
private static volatile Singleton instance;
//对外提供静态方法获取该对象
public static Singleton getInstance() {
//第一次判断，如果instance不为null，不进入抢锁阶段，直接返回实际
if(instance == null) {
synchronized (Singleton.class) {
//抢到锁之后再次判断是否为空
if(instance == null) {
instance = new Singleton();
}
}
}
return instance;
}
}小结：
添加 volatile 关键字之后的双重检查锁模式是一种比较好的单例实现模式，能够保证在多线程的情况下线程安全也不会有性能问题。
单例模式有：饿汉式 ：类加载就会导致该单实例对象被创建
懒汉式 ：类加载不会导致该单实例对象被创建，而是首次使用该对象时才会创建
饿汉式和懒汉式也有很多种方式，但是都存在着一些问题。
饿汉式-方式1（静态变量方式）
java
/**
* 饿汉式
* 静态变量创建类的对象
*/
public class Singleton {
//私有构造方法
private Singleton() {}
//在成员位置创建该类的对象
private static Singleton instance = new Singleton();
//对外提供静态方法获取该对象
public static Singleton getInstance() {
return instance;
}
} 该方式在成员位置声明Singleton类型的静态变量，并创建Singleton类的对象instance。instance对象是随着类的加载而创建的。如果该对象足够大的话，而一直没有使用就会造成内存的浪费。
饿汉式-方式2（静态代码块方式）
java
/**
* 恶汉式
* 在静态代码块中创建该类对象
*/
public class Singleton {
//私有构造方法
private Singleton() {}
//在成员位置创建该类的对象
private static Singleton instance;
static {
instance = new Singleton();
}
//对外提供静态方法获取该对象
public static Singleton getInstance() {
return instance;
}
} 该方式在成员位置声明Singleton类型的静态变量，而对象的创建是在静态代码块中，也是对着类的加载而创建。所以和饿汉式的方式1基本上一样，当然该方式也存在内存浪费问题。
懒汉式-方式1（线程不安全）
java
/**
* 懒汉式
* 线程不安全
*/
public class Singleton {
//私有构造方法
private Singleton() {}
//在成员位置创建该类的对象
private static Singleton instance;
//对外提供静态方法获取该对象
public static Singleton getInstance() {
if(instance == null) {
instance = new Singleton();
}
return instance;
}
}从上面代码我们可以看出该方式在成员位置声明Singleton类型的静态变量，并没有进行对象的赋值操作，那么什么时候赋值的呢？当调用getInstance()方法获取Singleton类的对象的时候才创建Singleton类的对象，这样就实现了懒加载的效果。但是，如果是多线程环境，会出现线程安全问题。
懒汉式-方式2（线程安全）
java
/**
* 懒汉式
* 线程安全
*/
public class Singleton {
//私有构造方法
private Singleton() {}
//在成员位置创建该类的对象
private static Singleton instance;
//对外提供静态方法获取该对象
public static synchronized Singleton getInstance() {
if(instance == null) {
instance = new Singleton();
}
return instance;
}
} 该方式也实现了懒加载效果，同时又解决了线程安全问题。但是在getInstance()方法上添加了synchronized关键字，导致该方法的执行效果特别低。从上面代码我们可以看出，其实就是在初始化instance的时候才会出现线程安全问题，一旦初始化完成就不存在了。
其实还存在的问题：
使用序列化和反射可以破坏除枚举外的单例模式方法。
问题的解决：
序列化、反序列方式破坏单例模式的解决方法：
在Singleton类中添加readResolve()方法，在反序列化时被反射调用，如果定义了这个方法，就返回这个方法的值，如果没有定义，则返回新new出来的对象。
java
public class Singleton implements Serializable {
//私有构造方法
private Singleton() {}
private static class SingletonHolder {
private static final Singleton INSTANCE = new Singleton();
}
//对外提供静态方法获取该对象
public static Singleton getInstance() {
return SingletonHolder.INSTANCE;
}
/**
* 下面是为了解决序列化反序列化破解单例模式
*/
private Object readResolve() {
return SingletonHolder.INSTANCE;
}
}-
源码解析：
ObjectInputStream类
javapublic final Object readObject() throws IOException, ClassNotFoundException{ ... // if nested read, passHandle contains handle of enclosing object int outerHandle = passHandle; try { Object obj = readObject0(false);//重点查看readObject0方法 ..... } private Object readObject0(boolean unshared) throws IOException { ... try { switch (tc) { ... case TC_OBJECT: return checkResolve(readOrdinaryObject(unshared));//重点查看readOrdinaryObject方法 ... } } finally { depth--; bin.setBlockDataMode(oldMode); } } private Object readOrdinaryObject(boolean unshared) throws IOException { ... //isInstantiable 返回true，执行 desc.newInstance()，通过反射创建新的单例类， obj = desc.isInstantiable() ? desc.newInstance() : null; ... // 在Singleton类中添加 readResolve 方法后 desc.hasReadResolveMethod() 方法执行结果为true if (obj != null && handles.lookupException(passHandle) == null && desc.hasReadResolveMethod()) { // 通过反射调用 Singleton 类中的 readResolve 方法，将返回值赋值给rep变量 // 这样多次调用ObjectInputStream类中的readObject方法，继而就会调用我们定义的readResolve方法，所以返回的是同一个对象。 Object rep = desc.invokeReadResolve(obj); ... } return obj; } -
反射方式破解单例的解决方法：
java
public class Singleton {
//私有构造方法
private Singleton() {
/*
反射破解单例模式需要添加的代码
*/
if(instance != null) {
throw new RuntimeException();
}
}
private static volatile Singleton instance;
//对外提供静态方法获取该对象
public static Singleton getInstance() {
if(instance != null) {
return instance;
}
synchronized (Singleton.class) {
if(instance != null) {
return instance;
}
instance = new Singleton();
return instance;
}
}
}说明:
这种方式比较好理解。当通过反射方式调用构造方法进行创建创建时，直接抛异常。不运行此中操作。
经验之谈： 一般情况下，因为懒汉式的其他方式存在但容易产生垃圾对象，线程不安全的问题。明确实现 lazy loading 效果时，可以使用静态内部类的方式。如果涉及到反序列化创建对象时，可以尝试使用枚举方式。如果有其他特殊的需求，可以考虑使用双检锁方式。