单例模式的4种写法

单例模式是开发过程中常用的模式之一，首先了解下单例模式的四大原则：

1. 构造方法私有；
2. 以静态方法或枚举返回实例；
3. 确保实例只有一个，尤其是多线程环境；
4. 确保反射或反序列化时不会重新构建对象；

饿汉模式

饿汉模式在类被初始化时就创建对象，以空间换时间，故不存在线程安全问题。

public class SingleTon{
    // 创建对象
   	private static SingleTon INSTANCE = new SingleTon();
    // 构造方法私有
 	private SingleTon(){}
    // 返回实例
	public static SingleTon getInstance(){ return INSTANCE; }
}

饱汉模式

饱汉是变种最多的单例模式。我们从饱汉出发，通过其变种逐渐了解实现单例模式时需要关注的问题。

基础饱汉

public class Singleton {
  	  
    private static Singleton singleton = null;
    
    private Singleton() {}
    
  	public static Singleton getInstance() {
    	if (singleton == null) {
      		singleton = new Singleton();
    	}
    	return singleton;
  	}
}

饱汉模式的核心就是懒加载。好处是更启动速度快、节省资源，一直到实例被第一次访问，才需要初始化单例；缺点是线程不安全，if语句存在竞态条件。

DCL（Double Check Lock）

上面说到基础饱汉模式的缺点是线程不安全，在多线程环境下无法保证实例唯一，因此只需要在关键语句上加锁即可解决问题：

public class Singleton {
  	  
    private static Singleton singleton = null;
    
    private Singleton() {}
    
  	public synchronized static Singleton getInstance() {
    	if (singleton == null) {
      		singleton = new Singleton();
    	}
    	return singleton;
  	}
}

第一种解决方式简单粗暴，直接在获取实例的方法上加锁，保证了多线程情况下实例唯一，但是synchronized操作是很耗时的，导致的结果就是并发性能极差，因此可对其进行修改：

public class Singleton {
  	  
    private static Singleton singleton = null;
    
    private Singleton() {}
    
  	public static Singleton getInstance() {
    	if (singleton == null) {
      		synchronized(Singleton.class){
                if (singleton == null) {
      				singleton = new Singleton();
    			}
            }
    	}
    	return singleton;
  	}
}

这就是双重检查锁模式（DCL，Double Check Lock）,在这种模式下，基本达到了理想的效果（懒加载+线程安全）；

事实上，DCL模式仍存在一些问题，第11行中singleton = new Singleton()并不是一个原子操作，它在jvm中分为3步执行：

1. memory = allocate(); //在堆内存开辟内存空间；
2. initInstance(memory); // 在堆内存中实例化SingleTon里面的各个参数；
3. instance = memory; //把对象指向堆内存空间。

由于jvm指令重排的机制，第3步操作是可能被优化到第2步操作之前的，此时若有新的线程进入该方法，经if判断后（因第3步操作使该对象指向了一块内存空间，所以if判断结果为false）会直接返回singleton，即引用instance指向内存memory时，该内存还未被初始化；这就是著名的DCL失效问题，解决方法也很简单，使用volatile关键字修饰即可；

Holder模式

我们既希望利用饿汉模式中静态变量的方便和线程安全；又希望通过懒加载规避资源浪费。Holder模式满足了这两点要求：核心仍然是静态变量，足够方便和线程安全；通过静态的Holder类持有真正实例，间接实现了懒加载。

public class Singleton {
    
    private static class SingletonHolder {
    	private static final Singleton singleton = new Singleton();
    	private SingletonHolder() {
    	}
  	}
    
  	private Singleton() {}

	public static Singleton getInstance() {
    	return SingletonHolder.singleton;
  	}
}

静态内部类的优点是：外部类加载时并不需要立即加载内部类，内部类不被加载则不去初始化INSTANCE，故而不占内存。即当SingleTon第一次被加载时，并不需要去加载SingleTonHoler，只有当getInstance()方法第一次被调用时，才会去初始化INSTANCE,第一次调用getInstance()方法会导致虚拟机加载SingleTonHoler类，这种方法不仅能确保线程安全，也能保证单例的唯一性，同时也延迟了单例的实例化。

虚拟机会保证一个类的在多线程环境中被正确地加锁、同步，如果多个线程同时去初始化一个类，那么只会有一个线程去执行这个类的方法，其他线程都需要阻塞等待，直到活动线程执行初始化方法完毕。

枚举模式

public enum Singleton {
  SINGLETON;
}

枚举在java中与普通类一样，都能拥有字段与方法，而且枚举实例创建是线程安全的，在任何情况下，它都是一个单例；但是缺点是可读性极差。
通过反编译我们可以看到枚举类的本质：

本质上和饿汉模式相同，区别仅在于公有的静态成员变量。

反射与反序列化攻击

以上介绍的几种模式，除了枚举模式外，其他模式均无法防止反射攻击和反序列化攻击；

反射演示：

public static void main(String[] args) throws Exception{
    SingleTon singleTon = SingleTon.getInstance();

    Constructor<SingleTon> constructor = SingleTon.class.getDeclaredConstructor();
    constructor.setAccessible(true);
    SingleTon singleTon1 = constructor.newInstance();
    System.out.println(singleTon1 == singleTon);
    // 结果为false
}

解决办法：反射是通过构造方法构建实例的，那么只需要在构造方法中加入判空即可：

反序列化演示（需单例类实现Serializable接口）：

public static void main(String[] args) throws Exception{
    SingleTon singleTon = SingleTon.getInstance
    FileOutputStream out = new FileOutputStream("SingleTon.txt");
    ObjectOutputStream oos = new ObjectOutputStream(out);
    oos.writeObject(singleTon);
    oos.close();
    out.close
    FileInputStream in = new FileInputStream("SingleTon.txt");
    ObjectInputStream obj = new ObjectInputStream(in);
    SingleTon singleTon1 = (SingleTon) obj.readObject();
    in.close();
    obj.close();
    System.out.println(singleTon == singleTon1);
    // 输出结果为false
}

解决办法：定义readResolve()方法,反序列化时，如果定义了readResolve()则直接返回此方法指定的对象。而不需要单独再创建新对象。