單例模式
單例模式（Singleton Pattern）是 Java 中最簡單的設計模式之一。這種類型的設計模式屬於創建型模式，它提供了一種創建物件的最佳方式。
這種模式涉及到一個單一的類，該類負責創建自己的對象，同時確保只有單一對像被創建。這個類別提供了一種訪問其唯一的物件的方式，可以直接訪問，不需要實例化該類別的物件。
注意：
1、單例類別只能有一個實例。
2、單例類別必須自行建立自己的唯一實例。
3、單例類別必須提供給所有其他物件這個實例。
介紹
#意圖：保證一個類別只有一個實例，並提供一個存取它的全域存取點。
主要解決：一個全域使用的類別頻繁地創建與銷毀。
何時使用：當您想要控制實例數目，節省系統資源的時候。
如何解決：判斷系統是否已經有這個單例，如果有則返回，如果沒有則創建。
關鍵程式碼：建構子是私有的。
應用實例：1、一個黨只能有一個主席。 2、Windows 是多行程多執行緒的，在操作一個檔案的時候，就不可避免地出現多個行程或執行緒同時操作一個檔案的現象，所以所有檔案的處理必須透過唯一的實例來進行。 3.有些裝置管理員常常設計為單例模式，例如一台電腦有兩台印表機，在輸出的時候就要處理不能兩台印表機列印同一個檔案。
優點：1、記憶體裡只有一個實例，減少了記憶體的開銷，尤其是頻繁的創建和銷毀實例（例如管理學院首頁頁快取）。 2、避免資源的多重佔用（例如寫文件操作）。
缺點：沒有接口，不能繼承，與單一職責原則衝突，一個類別應該只關心內部邏輯，而不關心外面怎麼樣來實例化。
使用場景：1、要求生產唯一序號。 2、WEB 中的計數器，不用每次刷新都在資料庫加一次，用單例先快取起來。 3.創建的一個物件需要消耗的資源過多，例如 I/O 與資料庫的連接等。
注意事項：getInstance() 方法中需要使用同步鎖定 synchronized (Singleton.class) 防止多執行緒同時進入造成 instance 被多次實例化。
實作
我們將建立一個 SingleObject 類別。 SingleObject 類別有它的私有建構子和本身的一個靜態實例。
SingleObject 類別提供了一個靜態方法，讓外界取得它的靜態實例。 SingletonPatternDemo，我們的示範類別使用 SingleObject 類別來取得 SingleObject 物件。
步驟 1
建立一個 Singleton 類別。
SingleObject.java
public class SingleObject {
//创建 SingleObject 的一个对象
private static SingleObject instance = new SingleObject();
//让构造函数为 private，这样该类就不会被实例化
private SingleObject(){}
//获取唯一可用的对象
public static SingleObject getInstance(){
return instance;
}
public void showMessage(){
System.out.println("Hello World!");
}
}步驟 2
從 singleton 類別取得唯一的物件。
SingletonPatternDemo.java
public class SingletonPatternDemo {
public static void main(String[] args) {
//不合法的构造函数
//编译时错误：构造函数 SingleObject() 是不可见的
//SingleObject object = new SingleObject();
//获取唯一可用的对象
SingleObject object = SingleObject.getInstance();
//显示消息
object.showMessage();
}
}步驟 3
驗證輸出。
Hello World!
單例模式的幾種實作方式
單例模式的實作有多種方式，如下所示：
1、懶漢式，執行緒不安全
是否Lazy 初始化：是
是否多執行緒安全：否
實作難度：容易
描述：這種方式是最基本的實作方式，這種實作最大的問題就是不支援多執行緒。因為沒有加鎖 synchronized，所以嚴格意義上它並不算單例模式。
這種方式 lazy loading 很明顯，不要求執行緒安全，在多執行緒不能正常運作。
程式碼實例：
public class Singleton {
private static Singleton instance;
private Singleton (){}
public static Singleton getInstance() {
if (instance == null) {
instance = new Singleton();
}
return instance;
}
}#接下來介紹的幾種實作方式都支援多線程，但在效能上有所差異。
2、懶漢式，執行緒安全性
是否Lazy 初始化：是
是否多執行緒安全：是
實作難度：容易
描述：這種方式具備很好的lazy loading，能夠在多執行緒中很好的工作，但是，效率很低，99% 情況下不需要同步。
優點：第一次呼叫才初始化，避免記憶體浪費。
缺點：必須加鎖 synchronized 才能保證單例，但加鎖會影響效率。
getInstance() 的效能對應用程式不是很關鍵（該方法使用較不頻繁）。
程式碼實例：
public class Singleton {
private static Singleton instance;
private Singleton (){}
public static synchronized Singleton getInstance() {
if (instance == null) {
instance = new Singleton();
}
return instance;
}
}#3、餓漢式
LLazy 初始化：否
是否多執行緒安全：是
實作難度：容易
##描述：這種方式比較常用，但容易產生垃圾物件。 優點：沒有加鎖，執行效率會提高。
缺點：類別載入時就初始化，浪費記憶體。
它基於classloder 機制避免了多執行緒的同步問題，不過，instance 在類別裝載時就實例化，雖然導致類別裝載的原因有很多種，在單例模式中大多數都是呼叫getInstance 方法， 但是也不能確定有其他的方式（或其他的靜態方法）導致類別裝載，這時候初始化instance 顯然沒有達到lazy loading 的效果。
程式碼實例：
public class Singleton {
private static Singleton instance = new Singleton();
private Singleton (){}
public static Singleton getInstance() {
return instance;
}
}JDK 版本：JDK1.5 起
是否Lazy 初始化：是
是否多執行緒安全性：是
實作難度：較複雜
描述：這種方式採用雙鎖機制，安全且在多執行緒情況下能保持高效能。
getInstance() 的效能對應用程式很關鍵。
程式碼實例：
public class Singleton {
private volatile static Singleton singleton;
private Singleton (){}
public static Singleton getSingleton() {
if (singleton == null) {
synchronized (Singleton.class) {
if (singleton == null) {
singleton = new Singleton();
}
}
}
return singleton;
}
}#5、登記式/靜態內部類別
是否Lazy初始化：是
是否多執行緒安全：是
#實作難度：一般
##描述：這種方式能達到雙檢鎖方式一樣的功效，但實作更簡單。對靜態域使用延遲初始化，應使用這種方式而非雙重檢鎖方式。這種方式只適用於靜態域的情況，雙檢鎖方式可在實例域需要延遲初始化時使用。 這種方式同樣利用了classloder 機制來保證初始化instance 時只有一個線程，它跟第3 種方式不同的是：第3 種方式只要Singleton 類別被裝載了，那麼instance 就會被實例化（沒有達到lazy loading 效果），而這種方式是Singleton 類別被裝載了，instance 不一定被初始化。因為 SingletonHolder 類別沒有被主動使用，只有顯示透過呼叫 getInstance 方法時，才會顯示裝載 SingletonHolder 類，從而實例化 instance。想像一下，如果實例化instance 很消耗資源，所以想讓它延遲加載，另外一方面，又不希望在Singleton 類別加載時就實例化，因為不能確保Singleton 類別還可能在其他的地方被主動使用從而被加載，那麼這個時候實例化instance 顯然是不合適的。這時候，這種方式比起第 3 種方式就顯得合理。
程式碼實例：
public class Singleton {
private static class SingletonHolder {
private static final Singleton INSTANCE = new Singleton();
}
private Singleton (){}
public static final Singleton getInstance() {
return SingletonHolder.INSTANCE;
}
}JDK 版本： JDK1.5 起
是否Lazy 初始化：否
#是否多執行緒安全性：是
實作難度：易
描述：這種實作方式還沒有被廣泛採用，但這是實作單例模式的最佳方法。它更簡潔，自動支援序列化機制，絕對防止多次實例化。 這種方式是 Effective Java 作者 Josh Bloch 提倡的方式，它不僅能避免多線程同步問題，而且還自動支持序列化機制，防止反序列化重新創建新的對象，絕對防止多次實例化。不過，由於 JDK1.5 之後才加入 enum 特性，用這種方式寫不免讓人感覺生疏，在實際工作中，也很少用。
不能透過 reflection attack 來呼叫私有建構方法。
程式碼實例：
public enum Singleton {
INSTANCE;
public void whateverMethod() {
}
}
#
經驗之談：一般情況下，不建議使用第 1 種和第 2 種懶漢方式，建議使用第 3 種餓漢方式。只有在要明確達到 lazy loading 效果時，才會使用第 5 種登記方式。如果涉及反序列化建立物件時，可以嘗試使用第 6 種枚舉方式。如果有其他特殊的需求，可以考慮使用第 4 種雙檢鎖方式。
