单实例Singleton设计模式可能是被讨论和使用的最广泛的一个设计模式了，这可能也是面试中问得最多的一个设计模式了。这个设计模式主要目的是想在整个系统中只能出现一个类的实例。这样做当然是有必然的，比如你的软件的全局配置信息，或者是一个Factory，或是一个主控类等等。
本文会带着你深入整个Singleton的世界，下面从几个版本来进行分析。
Singleton教学版本
这里直接给出一个Singleton的简单实现，我们姑且把这个版本叫做1.0版，如下所示：
// version 1.0
public class Singleton {
private static Singleton singleton = null;
private Singleton() {
}
public static Singleton getInstance() {
if (singleton== null) {
singleton= new Singleton();
}
return singleton;
}
}
在上面的实例中，我想说明下面几个Singleton的特点：（下面这些东西可能是尽人皆知的，没有什么新鲜的）
- 私有（private）的构造函数，表明这个类是不可能形成实例了。这主要是怕这个类会有多个实例。
- 即然这个类是不可能形成实例，那么，我们需要一个静态的方式让其形成实例：getInstance()。注意这个方法是在new自己，因为其可以访问私有的构造函数，所以他是可以保证实例被创建出来的。
- 在getInstance()中，先做判断是否已形成实例，如果已形成则直接返回，否则创建实例。
- 所形成的实例保存在自己类中的私有成员中。
- 我们取实例时，只需要使用Singleton.getInstance()就行了。
当然，如果你觉得知道了上面这些事情后就学成了，那得给你当头棒喝一下了，事情远远没有那么简单。
Singleton实际版本
上面的这个程序存在比较严重的问题，因为是全局性的实例，所以，在多线程情况下，所有的全局共享的东西都会变得非常的危险，这个也一样，在多线程情况下，如果多个线程同时调用getInstance()的话，那么，可能会有多个进程同时通过 (singleton== null)的条件检查，于是，多个实例就创建出来，并且很可能造成内存泄露问题。嗯，熟悉多线程的你一定会说——“我们需要线程互斥或同步”，没错，我们需要这个事情，于是我们的Singleton升级成1.1版，如下所示：
// version 1.1
public class Singleton {
private static Singleton singleton = null;
private Singleton() {
}
public static Singleton getInstance() {
if (singleton == null) {
synchronized (Singleton.class) {
singleton = new Singleton();
}
}
return singleton;
}
}
嗯，使用了Java的synchronized方法，看起来不错哦。应该没有问题了吧？！错！这还是有问题！为什么呢？前面已经说过，如果有多个线程同时通过(singleton== null)的条件检查（因为他们并行运行），虽然我们的synchronized方法会帮助我们同步所有的线程，让我们并行线程变成串行的一个一个去new，那不还是一样的吗？同样会出现很多实例。嗯，确实如此！看来，还得把那个判断(singleton== null)条件也同步起来。于是，我们的Singleton再次升级成1.2版本，如下所示：
// version 1.2
public class Singleton {
private static Singleton singleton = null;
private Singleton() {
}
public static Singleton getInstance() {
synchronized (Singleton.class) {
if (singleton == null) {
singleton = new Singleton();
}
}
return singleton;
}
}
不错不错，看似很不错了。在多线程下应该没有什么问题了，不是吗？的确是这样的，1.2版的Singleton在多线程下的确没有问题了，因为我们同步了所有的线程。只不过嘛……，什么？！还不行？！是的，还是有点小问题，我们本来只是想让new这个操作并行就可以了，现在，只要是进入getInstance()的线程都得同步啊，注意，创建对象的动作只有一次，后面的动作全是读取那个成员变量，这些读取的动作不需要线程同步啊。这样的作法感觉非常极端啊，为了一个初始化的创建动作，居然让我们达上了所有的读操作，严重影响后续的性能啊！
还得改！嗯，看来，在线程同步前还得加一个(singleton== null)的条件判断，如果对象已经创建了，那么就不需要线程的同步了。OK，下面是1.3版的Singleton：
// version 1.3
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;
}
}
感觉代码开始变得有点罗嗦和复杂了，不过，这可能是最不错的一个版本了，这个版本又叫“双重检查”Double-Check。下面是说明：
第一个条件是说，如果实例创建了，那就不需要同步了，直接返回就好了。 不然，我们就开始同步线程。 第二个条件是说，如果被同步的线程中，有一个线程创建了对象，那么别的线程就不用再创建了。 相当不错啊，干得非常漂亮！请大家为我们的1.3版起立鼓掌！
但是，如果你认为这个版本大攻告成，你就错了。
主要在于 singleton = new Singleton() 这句，这并非是一个原子操作，事实上在 JVM 中这句话大概做了下面 3 件事情。
- 给 singleton 分配内存
- 调用 Singleton 的构造函数来初始化成员变量，形成实例
- 将singleton对象指向分配的内存空间（执行完这步 singleton才是非 null 了）
但是在 JVM 的即时编译器中存在指令重排序的优化。也就是说上面的第二步和第三步的顺序是不能保证的，最终的执行顺序可能是 1-2-3 也可能是 1-3-2。如果是后者，则在 3 执行完毕、2 未执行之前，被线程二抢占了，这时 instance 已经是非 null 了（但却没有初始化），所以线程二会直接返回 instance，然后使用，然后顺理成章地报错。
对此，我们只需要把singleton声明成 volatile 就可以了。下面是1.4版：
// version 1.4
public class Singleton {
private volatile static Singleton singleton = null;
private Singleton() {
}
public static Singleton getInstance() {
if (singleton == null) {
synchronized (Singleton.class) {
if (singleton == null) {
singleton = new Singleton();
}
}
}
return singleton;
}
}
使用 volatile 有两个功用：
1）这个变量不会在多个线程中存在复本，直接从内存读取。
2）这个关键字会禁止指令重排序优化。也就是说，在 volatile 变量的赋值操作后面会有一个内存屏障（生成的汇编代码上），读操作不会被重排序到内存屏障之前。
但是，这个事情仅在Java 1.5版后有用，1.5版之前用这个变量也有问题，因为老版本的Java的内存模型是有缺陷的。
Singleton简化版本
上面的玩法实在是太复杂了，一点也不优雅，下面是一种更为优雅的方式：
这种方法非常简单，因为单例的实例被声明成 static 和 final 变量了，在第一次加载类到内存中时就会初始化，所以创建实例本身是线程安全的。
// version 1.5
public class Singleton {
private volatile static Singleton singleton = new Singleton();
private Singleton() {
}
public static Singleton getInstance() {
return singleton;
}
}
但是，这种玩法的最大问题是——当这个类被加载的时候，new Singleton() 这句话就会被执行，就算是getInstance()没有被调用，类也被初始化了。
于是，这个可能会与我们想要的行为不一样，比如，我的类的构造函数中，有一些事可能需要依赖于别的类干的一些事（比如某个配置文件，或是某个被其它类创建的资源），我们希望他能在我第一次getInstance()时才被真正的创建。这样，我们可以控制真正的类创建的时刻，而不是把类的创建委托给了类装载器。
好吧，我们还得绕一下：
下面的这个1.6版是老版《Effective Java》中推荐的方式。
// version 1.6
public class Singleton {
private static class SingletonHolder {
private static final Singleton INSTANCE = new Singleton();
}
private Singleton (){
}
public static final Singleton getInstance() {
return SingletonHolder.INSTANCE;
}
}
上面这种方式，仍然使用JVM本身机制保证了线程安全问题；由于 SingletonHolder 是私有的，除了 getInstance() 之外没有办法访问它，因此它只有在getInstance()被调用时才会真正创建；同时读取实例的时候不会进行同步，没有性能缺陷；也不依赖 JDK 版本。
Singleton优雅版本
public enum Singleton{
INSTANCE;
}
居然用枚举！！看上去好牛逼，通过EasySingleton.INSTANCE来访问，这比调用getInstance()方法简单多了。
默认枚举实例的创建是线程安全的，所以不需要担心线程安全的问题。但是在枚举中的其他任何方法的线程安全由程序员自己负责。还有防止上面的通过反射机制调用私用构造器。
这个版本基本上消除了绝大多数的问题。代码也非常简单，实在无法不用。这也是新版的《Effective Java》中推荐的模式。
其他
Singleton的其它问题可以从原文中查看。
转载自http://coolshell.cn/articles/265.html的部分，作者陈浩，本文进行了轻微改动。
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