java中全面的单例模式多种实现方式总结

单例模式的思想

想整理一些 java 并发相关的知识，不知道从哪开始，想起了单例模式中要考虑的线程安全，就从单例模式开始吧。
以前写过单例模式，这里再重新汇总补充整理一下，单例模式的多种实现。

单例模式那件小事，看了你不会后悔
单例模式不是一件小事，快回来看看

之前在第一篇文章说，单例模式的主要思想是：

• 将构造方法私有化（ 声明为 private ），这样外界不能随意 new 出新的实例对象；
• 声明一个私有的静态的实例对象，供外界使用；
• 提供一个公开的方法，让外界获得该类的实例对象

这种说法看上去没错，但也好像不太准确。其实，就算外界能随意 new 出新的实例对象，但只要我们保证我们每次使用的对象是唯一的，就可以。

单例模式的 N 种实现方式

饿汉式（线程安全，可用）

public class Singleton {
    private Singleton() {
    }

    private static Singleton sSingleton = new Singleton();

    public static Singleton getInstance() {
        return sSingleton;
    }
}

• 缺点： 类一加载的时候，就实例化，提前占用了系统资源。

常量式（线程安全，可用）

public class Singleton {
    private Singleton() {
    }

    public static final Singleton sSingleton = new Singleton();
}

将实例对象用 public static final 修饰，不提供公开方法获取实例，直接通过 Singleton.sSingleton 获取。

• 缺点：与饿汉式一样，类一加载的时候，就实例化，提前占用了系统资源。

懒汉式（线程不安全，并发场景不可用）

public class Singleton {
    private Singleton() {
    }

    private static Singleton sSingleton;

    public static Singleton getInstance() {
        if (sSingleton == null) {
            sSingleton = new Singleton();
        }
        return sSingleton;
    }
}

• 缺点：第一次第一次加载时反应稍慢，线程不安全。

同步的懒汉式？（线程安全，可用，不建议使用）

public class Singleton {
    private Singleton() {
    }

    private static Singleton sSingleton;

    public synchronized static Singleton getInstance() {
        if (sSingleton == null) {
            sSingleton = new Singleton();
        }
        return sSingleton;
    }
}

• 缺点：第一次加载时反应稍慢，每次调用 getInstance 都进行同步，造成不必要的同步开销，这种模式一般不建议使用。

双重检查锁 DCL (线程安全，大多数场景满足需求，推荐使用)

public class Singleton {
    private Singleton() {
    }

    /**
     * volatile is since JDK5
     */
    private static volatile Singleton sSingleton;

    public static Singleton getInstance() {
        if (sSingleton == null) {
            synchronized (Singleton.class) {
                // 未初始化，则初始instance变量
                if (sSingleton == null) {
                    sSingleton = new Singleton();
                }
            }
        }
        return sSingleton;
    }
}

sSingleton = new Singleton() 不是一个原子操作。（XXX）故须加 volatile 关键字修饰，该关键字在 jdk1.5 之后版本才有。

• 优点：资源利用率高，第一次执行getInstance时单例对象才会被实例化，效率高。
• 缺点：第一次加载时反应稍慢，也由于Java内存模型的原因偶尔会失败。在高并发环境下也有一定的缺陷，虽然发生的概率很小。DCL模式是使用最多的单例实现方式，它能够在需要时才实例化单例对象，并且能够在绝大多数场景下保证单例对象的唯一性，除非你的代码在并发场景比较复杂或者低于jdk1.6版本下使用，否则这种方式一般能够满足需求。

静态内部类（线程安全，推荐使用）

public class Singleton {

    private Singleton () {
    }

    private static class InnerClassSingleton {
　　　　 private final static Singleton sSingleton = new Singleton();
    }

    public static Singleton getInstance() {
        return InnerClassSingleton.sSingleton;
    }
}

优点：推荐使用。

枚举单例（线程安全，不建议使用）

public enum Singleton{
    INSTANCE;
    
    // 其它方法
    public void doSomething(){
        ...
    }
}

• 优点：枚举实现单例很简单，也很安全。
• 缺点：经验丰富的 Android 开发人员都会尽量避免使用枚举。官方文档有说明：相比于静态常量Enum会花费两倍以上的内存。

另类实现——利用容器实现单例

import java.util.HashMap;
import java.util.Map;

public class Singleton {
    private static Map<String, Object> objMap = new HashMap<String, Object>();

    private Singleton() {
    }

    public static void registerService(String key, Object instance) {
        if (!objMap.containsKey(key)) {
            objMap.put(key, instance);
        }
    }

    public static Object getService(String key) {
        return objMap.get(key);
    }
}

利用了 HashMap 容器 key 不可重复的特性。

• 优点：这种实现方式使得我们可以管理多种类型的单例，并且在使用时可以通过统一接口进行获取操作，降低用户使用成本，也对用户隐藏了具体实现，降低耦合度。
• 缺点：没有私有化构造方法，用户可以 new 出新的实例对象。

防止反射破坏单例

前面的多种实现方法中，很多我们按照构造方法私有化的思想来实现的，我们知道，利用反射，仍然可以创建出新对象，这样在反射场景中，这种思想实现的单例模式就失效了，那么如何防止反射破坏单例模式呢？原理上就是在存在一个实例的情况下，再次调用构造方法时，抛出异常。下面以静态内部类的单例模式为例：

public class Singleton {
    private static boolean flag = false;  
  
    private Singleton(){  
        synchronized(Singleton.class)  
        {  
            if(flag == false)  
            {  
                flag = !flag;  
            }  
            else  
            {  
                throw new RuntimeException("单例模式被侵犯！");  
            }  
        }  
    }  

    private static class InnerClassSingleton {
　　　　 private final static Singleton sSingleton = new Singleton();
    }

    public static Singleton getInstance() {
        return InnerClassSingleton.sSingleton;
    }
}

具体测试代码，见 单例模式不是一件小事，快回来看看

防止序列化和反序列化破坏单例

通过序列化可以讲一个对象实例写入到磁盘中，通过反序列化再读取回来的时候，即便构造方法是私有的，也依然可以通过特殊的途径，创建出一个新的实例，相当于调用了该类的构造函数。要避免这个问题，我们需要在代码中加入如下方法,让其在反序列化过程中执行 readResolve 方法时返回 sSingleton 对象。

private Object readResolve() throws ObjectStreamException {
    return sSingleton;
}

结语

有没有一种方式实现的单例模式在任何情况下都是一个单例呢？

——
有。就是上面说的枚举单例。枚举，就能保证在任何情况下都是单例的，并且是线程安全的。