Java单例的五种写法

基本介绍

单例模式（Singleton）应该是大家接触的第一个设计模式，其写法相较于其他的设计模式来说并不复杂，核心理念也非常简单：程序从始至终只有同一个该类的实例对象。

举一个耳熟能详的例子，比如LOL中的大龙，一场游戏下来无论如何只有一只，所以该类只能被实例化一次。再举一个我们应用程序开发中常见的例子，Spring框架中的Bean作用范围默认也是单例的。

我相信大家都知道单例的两种最基本的写法：饿汗式和懒汉式。但是这两种写法都有其弊端所在，除了这两种写法外其实还有几种写法。此时耳边仿佛听到孔乙己的声音：

“对呀对呀！…回字有四样写法，你知道么？”。

我愈不耐烦了，努着嘴走远。孔乙己刚用指甲蘸了酒，想在柜上写字，见我毫不热心，便又叹一口气，显出极惋惜的样子…

大家先别着急走，回字的四样写法没必要知道，单例的五种写法还是有必要晓得滴，其他的不说，至少面试的时候还能和面试官吹下是不，况且这几种写法也不是纯吊书袋，了解过后还是能帮助我们理解其设计思想滴。所以接下来咱们由浅入深，从最容易的写法开始，一步一步的带大家掌握单例模式！

写法介绍

饿汉式

话不多说，先直接上最简单的写法，然后咱再慢慢剖析：

public class Signleton01 {
    // 私有构造函数，防止别人实例化
    private Signleton01(){}
	// 静态属性，指向一个实例化对象
    private static final Signleton01 INSTANCE = new Signleton01();
	// 公共方法，以便别人获取到实例化对象属性
    public static Signleton01 getINSTANCE() {
        return INSTANCE;
    }
}

单例模式三元素

一个单例模式就这样写完了，简直不要太简单。 类里面一共就三个元素：

1. 私有构造函数，防止别人实例化

2. 静态属性，指向一个实例化对象

3. 公共方法，以便别人获取到实例化对象属性

这三个元素就是单例模式的核心，单例无论哪种写法，都离不开这三个元素。

这三个元素也很好理解，别人想要用我这个类的实例对象就只能通过我提供的 getINSTANCE()，他想new也new不了第二个对象，自然而然就保证了该类只有唯一对象。我们可以做个试验，跑100个线程同时获取该类的实例对象，然后打印出对象的hashCode，看看到底是不是获取的同一个对象：

public static void main(String[] args) {
    for (int i = 0; i < 100; i++) {
        new Thread(() -> {
            System.out.println(Signleton01.getINSTANCE().hashCode());
        }).start();
    }
}

结果如下：

...
834649078
834649078
834649078
834649078
834649078
...

嗯，全部都是同一个对象。

优缺点

优点：写法简单，线程安全

缺点：消耗资源，即使程序从没有用到过该类对象，该类也会初始化一个对象出来

所以为了解决饿汗式的这个缺点， 我们就引出了第二种写法，懒汉式！

懒汉式

基本写法

public class Singleton02 {
    // 私有构造函数，防止别人实例化
    private Singleton02() {}
	// 静态属性，指向一个实例化对象（注意，这里没有实例化对象哦）
    private static Singleton02 INSTANCE;
	// 公共方法，以便别人获取到实例化对象属性
    public static Singleton02 getINSTANCE() {
        if (INSTANCE == null) {
            INSTANCE = new Singleton02();
        }
        return INSTANCE;
    }

}

懒汉式的和饿汗式最大的区别是什么呢，就是只有在调用 getINSTANCE() 的时候，才会创建实例，如果你从来没调用过，那么就不实例化对象。这个就比饿汗式更加节约资源，不过这种写法并不是懒汉式的完善写法，它有一个非常大的问题，就是线程不同步！我们可以按照之前那种方式创建100个线程测试一下结果：

...
1851261656
868907500
988762476
1031371881
593800070
...

可以看到这线程一同时拿，拿的都不是同一个对象，这完全就破坏了单例模式。因为很多线程在对象没有初始化前就进入到了if (INSTANCE == null)判断语句块里，自然而然就会new出不同的对象了。要解决这个线程不安全问题，就得上线程锁！

synchronized写法

public class Singleton02 {

    private Singleton02() {}

    private static Singleton02 INSTANCE;
    
	// 注意，这里静态方法加了synchronized关键字
    public synchronized static Singleton02 getINSTANCE() {
        if (INSTANCE == null) {
            INSTANCE = new Singleton02();
        }
        return INSTANCE;
    }
}

当我们在静态方法加上synchronized关键字后，就可以保证这个方法在同一时间只会有一个线程能成功调用，也就顺理成章的解决了线程不安全问题。我们还是测试一下：

...
1226880356
1226880356
1226880356
1226880356
1226880356
...

不管多少个线程，拿到的都是同一个对象，达到了单例的要求！

优缺点

懒汉式连基本的线程安全都不能保证，就不做讨论了，我们这里主要说的事synchronized写法

优点：写法简单，节约资源（只有需要该对象的时候才会实例化）

缺点：耗性能

要知道每一次调用getINSTANCE()方法时都会上锁，这是非常耗性能的。那么为了解决这个好性能的问题，我们又引申出接下来的一种写法。

双重检测

每一次调用getINSTANCE()方法都会上锁，这是完全没有必要的嘛，因为只有对象还没有实例化的时候我才需要上锁以保证线程安全，对象都实例化了，自然也不用担心后续的调用会new出新的对象。 所以我们这个锁，可以加在if (INSTANCE == null)判断语句块里面：

public class Singleton03 {
    private Singleton03() {}

    private static Singleton03 INSTANCE;

    public static Singleton03 getINSTANCE() {
        if (INSTANCE == null) {
            // 只有在对象还没有实例化的时候才上锁
            synchronized (Singleton03.class) {
                INSTANCE = new Singleton03();
            }
        }
        return INSTANCE;
    }
}

这样就能节约一些性能，但是这样并没有做到线程安全哦！ 因为很多线程进入到if (INSTANCE == null)判断语句后，虽说是因为锁不能同时new对象了，但是如果锁一旦释放，那么其他线程依然会执行到INSTANCE = new Singleton03()语句，从而破坏了单例。所以在synchronized代码块内还要加一层判断：

public class Singleton03 {
    private Singleton03() {}
	
    // 注意，使用双重检验写法要加上volatile关键字，避免指令重排（有个印象就行，这不是本文的重点）
    private static volatile Singleton03 INSTANCE;

    public static Singleton03 getINSTANCE() {
        if (INSTANCE == null) {
            // 只有在对象还没有实例化的时候才上锁
            synchronized (Singleton03.class) {
                // 额外加一层判断
                if (INSTANCE == null) {
                	INSTANCE = new Singleton03();
                }
            }
        }
        return INSTANCE;
    }
}

synchronized代码块外面一层判断，里面一层判断，就是有名的双重检测（DCL）了！里面的这一层判断加了之后呢，第一个线程的锁一旦释放也不用担心了，因为此时对象已经实例化，后续的线程也执行不了new语句，从而保证了线程安全！

优缺点

优点：节约资源（只有需要该对象的时候才会实例化）

缺点：写法复杂，耗性能（还是上了锁，还是耗性能）

虽然双重校验比synchronized懒汉式写法减少了很多锁性能消耗，但毕竟还是上了锁，所以为了解决这个锁性能消耗问题了，又引申出下一种写法。

内部类

话不多说，直接上代码：

public class Singleton04 {
    // 老套路，将构造函数私有化
    private Singleton04() {}
	// 声明一个内部类，内部类里持有实例的引用
    private static class Inner {
        public static final Singleton04 INSTANCE = new Singleton04();
    }
	// 公共方法
    public static Singleton04 getINSTANCE() {
        return Inner.INSTANCE;
    }
}

这个写法非常像饿汉式写法，单例三元素还是那三元素，只不过多加了一个内部类，将实例引用放到内部类里而已。为啥要这样写呢？因为JVM保证了内部类的线程安全，即一个内部类在整个程序中不会被重复加载，并且如果你没有使用到内部类的话，是不会加载这个内部类的。这就非常巧妙的实现了线程安全以及节约资源的好处！

优缺点

优点：写法简单、节约资源（只有调用了getINSTANCE()方法才会加载内部类，才会实例化对象）、线程安全（JVM保证了内部类的线程安全）

缺点：会被序列化或者反射破坏单例

这个缺点可以说是吹毛求疵，因为之前所有写法都会被序列化、反射破坏单例。虽然说是吹毛求疵，但咱们搞技术的还是得做到了解全部细节，我来演示一下怎样破坏这个单例。

通过反射破坏单例

public static void main(String[] args) throws Exception {
    // 创建100个线程同时访问实例
    for (int i = 0; i < 100; i++) {
        new Thread(() -> {
            System.out.println(Singleton04.getINSTANCE().hashCode());
        }).start();
    }

    // 反射破坏单例
    Class<Singleton04> clazz = Singleton04.class;
    // 拿到无参构造函数并将其设置为可访问，无视private
    Constructor<Singleton04> constructor = clazz.getDeclaredConstructor();
    constructor.setAccessible(true);
    // 创建对象
    Singleton04 singleton04 = constructor.newInstance();
    System.out.println("反射：" + singleton04.hashCode());
}

运行结果如下：

...
2115147268
2115147268
反射：1078694789
2115147268
2115147268
...

如果是通过正常的访问实例方法，是完全可以做到单例的要求，但是如果用反射的形式来创建一个对象，则就破坏了单例，一个程序中就出现了多个不同的实例对象。那么为了解决这个吹毛求疵的问题，聪明的前辈们想到了一个完美的写法！

枚举

// 注意，这里是枚举
public enum Singleton05 {
    // 实例
    INSTANCE;
	// 公共方法
    public static Singleton05 getINSTANCE() {
        return INSTANCE;
    }
}

哎嘿，不是说所有单例都是那三元素吗，这里怎么只有两个元素呀！这是因为枚举就没有构造方法，自然而然就做到了私有化构造函数的效果，而且比私有化构造函数效果更好！因为都没有构造函数了，连序列化和反射都破坏不了这种写法的单例！！

眼见为实，我们做个试验：

public static void main(String[] args) throws Exception {
    // 创建100个线程同时访问实例
    for (int i = 0; i < 100; i++) {
        new Thread(() -> {
            System.out.println(Singleton05.getINSTANCE().hashCode());
        }).start();
    }

    // 反射破坏单例
    Class<Singleton05> clazz = Singleton05.class;
    // 拿到无参构造函数并将其设置为可访问，无视private
    Constructor<Singleton05> constructor = clazz.getDeclaredConstructor();
    constructor.setAccessible(true);
    // 创建对象
    Singleton05 singleton05 = constructor.newInstance();
    System.out.println("反射：" + singleton05.hashCode());
}

运行结果如下：

...
422057313
422057313
422057313
422057313

Exception in thread "main" java.lang.NoSuchMethodException: Singleton05.<init>()
	at java.lang.Class.getConstructor0(Class.java:3082)
	at java.lang.Class.getDeclaredConstructor(Class.java:2178)

当运行到反射那一块代码的时候，程序直接报错，原因就是我之前所说的一样，枚举没有构造方法，你自然就无法通过反射来创建对象了！

优缺点

此方法乃是最完美的方法，真是佩服想出这种写法的前辈！

总结

五个写法全部介绍完毕，每个写法都有其特点，根据自己的需求来写就好了！每种写法理解其特点后，写出来也就非常轻松。就像我一开始说的一样，理解这五种写法也不是吊书袋，每一种写法都有其背后的思考，有些写法思路真的让人叹服，至少我了解到内部类和枚举写法的时候我心里就是：我靠！这都能想出来，太牛逼了吧…

好的代码就是艺术作品，希望我们都能码出好的艺术出来！