单例模式与静态类

单例模式：是一种常用的创建对象的方式，比起普通方式创建对象，这种思想具有非常多的优点。是java 23种设计模式之一。

构造器被私有化，类中对外提供唯一对象，常见的有懒汉式和饿汉式等。

懒汉式：调用时创建一个对象，后续调用不再重新创建。

饿汉式：类加载时就创建了，并且只创建一次。

静态类（常见的工具类都是）：所有的成员都是静态的。可以认为是静态的集合。

例如：

Math类是一个静态类。

我们使用Math.round()方法时，并不关注Math类本身，关注的其实是round方法的方法体中的代码执行逻辑。

使用工具类，其实是使用了工具类中方法的方法体。与类对象无关。

所以单例模式与静态类的区别在于：

单例模式是面向对象的设计。本质上还是创建对象，调用方法。单例存在的根本就是为了得到对象。

静态类是单纯使用方法体，对象没有存在的价值。所以直接使用类名调用，不创建对象。静态类存在是为了快捷方便的使用里面的方法。

二者设计目标不同。

静态类构造函数没有存在的价值，单例模式需要获取对象，所以必须有构造器，但是私有化。而且可以有非静态的成员。（单例模式推荐使用静态的成员）

单例模式：

第一种：

懒汉式①，线程不安全。

实例

public class Singleton {

private static Singleton instance;

private Singleton (){}

public static Singleton getInstance() {

if (instance == null) {

instance = new Singleton();

}

return instance;

}

一句话：先定义变量，不初始化。等到使用时初始化。但是多线程时有问题。

第二种：

懒汉式②，线程安全。

优点：第一次调用才初始化，避免内存浪费。
缺点：必须加锁 synchronized 才能保证单例，但加锁会影响效率。

实例

public class Singleton {

private static Singleton instance;

private Singleton (){}

public static synchronized Singleton getInstance() {

if (instance == null) {

instance = new Singleton();

} return instance;

}

一句话：先定义变量，不初始化。等到使用时初始化。加锁了，多线程也可以很好地使用。但是效率低。

第三种：

饿汉式③，线程安全。

这种方式比较常用，但容易产生垃圾对象。
优点：没有加锁，执行效率会提高。
缺点：类加载时就初始化，浪费内存。

基于 classloader 机制避免了多线程的同步问题，不过，instance 在类装载时就实例化，虽然导致类装载的原因有很多种，在单例模式中大多数都是调用 getInstance 方法，但是也不能确定有其他的方式（或者其他的静态方法）导致类装载，这时候初始化 instance 显然没有达到 lazy loading 的效果。

实例

public class Singleton {

private static Singleton instance = new Singleton();

private Singleton (){}

public static Singleton getInstance() {

return instance;

}

一句话：类加载时就创建对象。类被加载的可能性太高，有时候类被加载不一定需要使用到对象，导致内存垃圾产生。

第四种：

双检锁/双重校验锁（DCL，即 double-checked locking）

是否 Lazy 初始化：是

是否多线程安全：是

这种方式采用双锁机制，安全且在多线程情况下能保持高性能。
getInstance() 的性能对应用程序很关键。

实例

public class Singleton {

private volatile static Singleton singleton;

private Singleton (){}

public static Singleton getSingleton() {

if (singleton == null) {

synchronized (Singleton.class) {

if (singleton == null) {

singleton = new Singleton();

}

return singleton;

}

一句话：调用时才创建，但是双重锁机制，既多线程安全，也保证高效。

第五种：

登记式/静态内部类

是否 Lazy 初始化：是

是否多线程安全：是

这种方式能达到双检锁方式一样的功效，但实现更简单。对静态域使用延迟初始化，应使用这种方式而不是双检锁方式。这种方式只适用于静态域的情况，双检锁方式可在实例域需要延迟初始化时使用。
这种方式同样利用了 classloader 机制来保证初始化 instance 时只有一个线程，它跟第 3 种方式不同的是：第 3 种方式只要 Singleton 类被装载了，那么 instance 就会被实例化（没有达到 lazy loading 效果），而这种方式是 Singleton 类被装载了，instance 不一定被初始化。因为 SingletonHolder 类没有被主动使用，只有通过显式调用 getInstance 方法时，才会显式装载 SingletonHolder 类，从而实例化 instance。想象一下，如果实例化 instance 很消耗资源，所以想让它延迟加载，另外一方面，又不希望在 Singleton 类加载时就实例化，因为不能确保 Singleton 类还可能在其他的地方被主动使用从而被加载，那么这个时候实例化 instance 显然是不合适的。这个时候，这种方式相比第 3 种方式就显得很合理。