简介

单例模式属于创建型模式的一种。
英文单词Singleton的数学含义是"有且仅有一个元素的集合"。
从实现层面看，由类自身管理自己的唯一对象，这个类提供了访问该对象的方式，可以直接访问，不需要实例化(使用new)。

动机

设计模式中的Singleton的目的是使类的对象在应用程序中保持唯一，这在某些应用场合非常重要，比如文件系统的资源管理器，又比如应用的日志，应用程序配置等。保持唯一实例有利于节约系统资源，同时提升了应用程序性能，避免对资源的多重占用。

实现

最简单实现(线程安全)-饿汉模式

public class Singleton{
    private static Singleton onlyOneInstance = new Singleton();

    private Singleton(){
    }

    public static Singleton getOnlyOneInstance(){
        return onlyOneInstance;
    }
}

这个实现是线程安全的，但同时也没有延迟加载带来的节约资源的好处。

简单实现(线程不安全)-懒汉模式

public class Singleton{
    private static Singleton onlyOneInstance;

    private Singleton(){
    }

    public static Singleton getOnlyOneInstance(){
        if(onlyOneInstance == null){
            onlyOneInstance = new Singleton();
        }
        return onlyOneInstance;
    }
}

如果有多个线程同时运行到if(onlyOneInstance == null)，并且此时实例为null，那多个线程会执行onlyOneInstance = new Singleton();语句,导致实例化多次。

简单实现(线程安全)-懒汉模式

public static synchronized Singleton getOnlyOneInstance(){
    if(onlyOneInstance == null){
        onlyOneInstance = new Singleton();
    }
    return onlyOneInstance;
}

在方法getOnlyOneInstance()上增加同步修饰符synchronized，这样可以保证同一时间只有一个线程访问方法，从而确保不会发生多次实例化。

问题是多个线程访问该方法时会发生阻塞，导致其他线程会在该方法上等待,因此性能上有损耗。

双重校验锁(线程安全)

public class Singleton{

    private volatile static Singleton onlyOneInstance;

    private Singleton(){
    }

    public static Singleton getOnlyOneInstance(){
        if(onlyOneInstance == null){
            synchronized(Singleton.class){
                if(onlyOneInstance == null){
                    onlyOneInstance = new Singleton();
                }
            }
        }
        return onlyOneInstance;
    }
}

与第三点的代码比较，本方法将同步锁放在了方法内部，这样可以减少部分线程阻塞，因为在第一个判断if(onlyOneInstance == null)时如果实例不为null，方法就返回了。

与第二点的代码比较，多个线程依然可能会同时进入到if(onlyOneInstance == null)，同样的，此时onlyOneInstance有可能是null，因此需要在synchronized(Singleton.class)内部再次判断if(onlyOneInstance == null)

onlyOneInstance 使用 volatile 修饰的必须的。解释这点的原因需要深入到 JVM 的指令重排机制。onlyOneInstance = new Singleton();的执行需要分三步：

1. 分配内存
2. 初始化对象
3. 将 onlyOneInstance 指向分配的内存地址

由于 JVM 的指令重排特性，上述三步步骤可能会重排为 1>3>2 ，在多线程环境下访问onlyOneInstance时，有可能会得到一个未被初始化的实例。而volatile关键字可以阻止 JVM 的指令重排，从而保证多线程环境下正常运行。

相关参考