Question

单例模式是设计模式中使用最为普遍的模式之一。它是一种对象创建模式，用于产生一个对象的具体实例，它可以确保系统中一个类只产生一个实例。在Java中，这样的行为能带来两大好处：

· 对于频繁使用的对象，可以省略new操作花费的时间，这对于那些重量级对象而言，是非常可观的一笔系统开销；

· 由于new操作的次数减少，因而对系统内存的使用频率也会降低，这将减轻GC压力，缩短GC停顿时间。

严格来说，单例模式与并行没有直接的关系。这里我希望讨论这个模式，是因为它实在是太常见了。并且，我们不可避免的，会在多线程环境中使用它们。并且，系统中使用单例的地方可能非常频繁，因此，我们非常迫切需要一种高效的单例实现。

下面给出了一个单例的实现，这个实现是非常简单的，但无疑是一个正确并且良好的实现。

1 public class Singleton { 2 private Singleton(){ 3 System.out.println("Singleton is create"); 4 } 5 private static Singleton instance = new Singleton(); 6 public static Singleton getInstance() { 7 return instance; 8 } 9 }

使用以上方式创建单例有几点必须特别注意。因为我们要保证系统中不会有人意外创建多余的实例，因此，我们把Singleton的构造函数设置为private。这点非常重要，这就警告所有的开发人员，不能随便创建这个类的实例，从而有效避免该类被错误的创建。

第二点，instance对象必须是private并且static的。如果不是private，那么instance的安全性无法得到保证。一个小小的意外就可能使得instance变成null。其次，因为工厂方法getInstance()必须是static的，因此对应的instance也必须是static。

这个单例的性能是非常好的，因为getInstance()方法只是简单地返回instance，并没有任何锁操作，因此它在并行程序中，会有良好的表现。

但是这种方式有一点明显不足，就是Singleton构造函数，或者说Singleton实例在什么时候创建是不受控制的。对于静态成员instance，它会在类第一次初始化的时候被创建。这个时刻并不一定是getInstance()方法第一次被调用的时候。

比如，如果你的单例像是这样的：

public class Singleton {
  public static int STATUS=1;
  private Singleton(){
    System.out.println("Singleton is create");
  }
  private static Singleton instance = new Singleton();
  public static Singleton getInstance() {
    return instance;
  }
}

注意，这个单例还包含一个表示状态的静态成员STATUS。此时，在相同任何地方引用这个STATUS都会导致instance实例被创建（任何对Singleton方法或者字段的引用，都会导致类初始化，并创建instance实例，但是类初始化只有一次，因此instance实例永远只会被创建一次）。比如：

System.out.println(Singleton.STATUS);

上述println会打印出：

Singleton is create
1

可以看到，即使系统没有要求创建单例，new Singleton()也会被调用。

如果大家觉得这个小小的不足并不重要，我认为这种单例模式是一种不错的选择。它容易实现，代码易读而且性能优越。

但如果你想精确控制instance的创建时间，那么这种方式就不太友善了。我们需要寻找一种新的方法，一种支持延迟加载的策略，它只会在instance被第一次使用时，创建对象。具体实现如下：

01 public class LazySingleton { 02 private LazySingleton() { 03 System.out.println("LazySingleton is create"); 04 } 05 private static LazySingleton instance = null; 06 public static synchronized LazySingleton getInstance() { 07 if (instance == null) 08 instance = new LazySingleton(); 09 return instance; 10 } 11 }

这个LazySingleton的核心思想如下：最初，我们并不需要实例化instance，而当getInstance()方法被第一次调用时，创建单例对象。为了防止对象被多次创建，我们不得不使用synchronized进行方法同步。这种实现的好处是，充分利用了延迟加载，只在真正需要时创建对象。但坏处也很明显，并发环境下加锁，竞争激烈的场合对性能可能产生一定的影响。但总体上，这是一个非常易于实现和理解的方法。

此外，还有一种被称为双重检查模式的方法可以用于创建单例。但我并不打算在这里介绍它，因为这是一种非常丑陋、复杂的方法，甚至在低版本的JDK中都不能保证正确性。因此，绝不推荐大家使用。如果大家阅读到相关文档，我也强烈建议大家不要在这种方法上花费太多时间。

在上述介绍的两种单例实现中，可以说是各有千秋。有没有一种方法可以结合二者之优势呢？答案是肯定的：

01 public class StaticSingleton { 02 private StaticSingleton(){ 03 System.out.println("StaticSingleton is create"); 04 } 05 private static class SingletonHolder { 06 private static StaticSingleton instance = new StaticSingleton(); 07 } 08 public static StaticSingleton getInstance() { 09 return SingletonHolder.instance; 10 } 11 }

上述代码实现了一个单例，并且同时拥有前两种方式的有点。首先getInstance()方法中没有锁，这使得在高并发环境下性能优越。其次，只有在getInstance()方法被第一次调用时，StaticSingleton的实例才会被创建。因为这种方法巧妙地使用了内部类和类的初始化方式。内部类SingletonHolder被申明为private，这使得我们不可能在外部访问并初始化它。而我们只可能在getInstance()内部对SingletonHolder类进行初始化，利用虚拟机的类初始化机制创建单例。