直接初始化

直接初始化final静态成员

线程安全：JVM保证final静态成员只会被初始化一次

公有静态成员是个final域，直接引用成员获取单例

/**
 * 公有静态成员是个final域
 * 直接引用成员获取单例
 */
public class Singleton1 {
    public static final Singleton1 INSTANCE = new Singleton1();

    /**
     * 默认构造方法为private，避免用户用new构造出新对象
     */
    private Singleton1() {}

    public void someMethod() {}

    public static void main(String[] args) {
        Singleton1.INSTANCE.someMethod();
    }
}

公有的成员是个静态工厂方法，通过该方法获取单例。

提供了灵活性，在不改变API的前提下，可以改变该类是否应该为单例的想法。
比如改成为每个调用该方法的线程返回一个唯一的实例(ThreadLocal<T>)

/**
 * 公有的成员是个静态工厂方法，通过该方法获取单例
 */
public class Singleton2 {
    private static final Singleton2 INSTANCE = new Singleton2();
    /**
     * 默认构造方法为private，避免用户用new构造出新对象
     */
    private Singleton2() {}

    /**
     * 获取单例的静态工厂方法
     * @return Singleton2 单例
     */
    public static Singleton2 getInstance() { return INSTANCE; }

    public void someMethod() {}

    public static void main(String[] args) {
        Singleton2.getInstance().someMethod();
    }
}

包含单个元素的枚举类型(enum)

由枚举类型的性质保证枚举常量INSTANCE是唯一实例

/**
 * 一个包含单个元素的枚举类型
 * 枚举类型保证每个枚举常量都是一个单例
 */
public enum EnumSingleton {
    INSTANCE;
    public void someMethod() { /** .... */}

    public static void main(String[] args) {
        EnumSingleton.INSTANCE.someMethod();
    }
}

延迟初始化

直接在静态工厂方法上加 `synchronized`。缺点：每次调用都有线程开销

/**
 * 延迟初始化单例
 */
public class LazyInitSingleton1 {
    private static LazyInitSingleton1 INSTANCE;
    /**
     * 默认构造方法为private，避免用户用new构造出新对象
     */
    private LazyInitSingleton1() {}

    /**
     * 获取单例的静态工厂同步方法
     * 延迟初始化单例
     * 使用同步方法保证多线程操作只实例化一个实力
     * @return LazyInitSingleton1 单例
     */
    public synchronized static LazyInitSingleton1 getInstance() {
        if (INSTANCE == null) {
            INSTANCE = new LazyInitSingleton1();
        }

        return INSTANCE;
    }

    public void someMethod() {}

    public static void main(String[] args) {
        Singleton2.getInstance().someMethod();
    }
}

lazy initialization holder class 模式。（参考《Effective Java》第71条：慎用延迟初始化

优点：避免同步方法的开销。
getInstance第一次被调用时，读取SingletonHolder.field，导致SingletonHolder类得到初始化

/**
 * lazy initialization holder class 模式
 * 避免同步方法的开销
 */
public class LazyInitSingleton2 {
    private static class SingletonHolder {
        static final LazyInitSingleton2 field = computeFieldValue();
        private static LazyInitSingleton2 computeFieldValue() {
            return new LazyInitSingleton2();
        }
    }

    private LazyInitSingleton2() {}
    public static LazyInitSingleton2 getInstance() {
        return SingletonHolder.field;
    }
}

双重检测，降低同步方法开销。（参考《Effective Java》第71条：慎用延迟初始化）

INSTANCE 使用 volatile 修饰符：防止JVM的即时编译器对INSTANCE = new LazyInitSingleton3()操作进行指令重排序。

/**
 * 延迟初始化，双重检测，降低同步方法开销
 */
public class LazyInitSingleton3 {
    /**
     * 注意：使用了 volatile 修饰符
     */
    private static volatile LazyInitSingleton3 INSTANCE;
    private LazyInitSingleton3() {}
    public static LazyInitSingleton3 getInstance() {
        // 第一次判断无需同步，如果 INSTANCE 已经被初始化，
        // 就直接返回，没有同步开销
        if (INSTANCE == null) {
            // 如果判断为空（多线程并发执行 getInstance，导致很多线程判断外层INSTANCE == NULL）
            synchronized (LazyInitSingleton3.class) {
                // 进入同步后再判断一次，
                // 保证只有一个线程赋值给 INSTANCE，
                // 后续进来执行的线程都会判断 INSTANCE != NULL，不会再赋值
                if (INSTANCE == null) {
                    INSTANCE = new LazyInitSingleton3();
                }
            }
        }

        return INSTANCE;
    }
}

为什么INSTANCE要使用`volatile`修饰符

在JVM中，new操作做了下面3件事：

给要new的对象LazyInitSingleton3分配内存空间
调用LazyInitSingleton3的构造函数来初始化对象
将INSTANCE指向步骤1中分配的内存空间

由于JVM存在指令重排序的优化，上面第2步和第3步顺序是无法保证的（1-2-3或者1-3-2）。
如果执行步骤是1-3-2，那么假设线程A执行到第3步，但第2步还未执行，此时线程B调用getInstance()发现INSTANCE非空（但未被初始化），直接返回INSTANCE，之后线程B对INSTANCE操作可能会发生错误（由于对象还未被初始化）。
volatile修饰符防止指令重排序的优化，保证执行顺序是1-2-3。

JAVA单例（Singleton）实现的几种方式（多线程安全）

JAVA单例（Singleton）实现的几种方式（多线程安全）

直接初始化