在有些系统中，为了节省内存资源、保证数据内容的一致性，对某些类要求只能创建一个实例，这就是所谓的单例模式。
单例（Singleton）模式的定义：指一个类只有一个实例，且该类能自行创建这个实例的一种模式。例如，Windows 中只能打开一个任务管理器，这样可以避免因打开多个任务管理器窗口而造成内存资源的浪费，或出现各个窗口显示内容的不一致等错误。
在计算机系统中，还有 Windows 的回收站、操作系统中的文件系统、多线程中的线程池、显卡的驱动程序对象、打印机的后台处理服务、应用程序的日志对象、数据库的连接池、网站的计数器、Web 应用的配置对象、应用程序中的对话框、系统中的缓存等常常被设计成单例。
单例模式有 3 个特点：
单例模式是设计模式中最简单的模式之一。通常，普通类的构造函数是公有的，外部类可以通过“new 构造函数()”来生成多个实例。但是，如果将类的构造函数设为私有的，外部类就无法调用该构造函数，也就无法生成多个实例。这时该类自身必须定义一个静态私有实例，并向外提供一个静态的公有函数用于创建或获取该静态私有实例。
单例模式的主要角色如下。
单例类：包含一个实例且能自行创建这个实例的类。
访问类：使用单例的类。
其结构如图所示。
Singleton 模式通常有两种实现形式。
第 1 种：懒汉式单例
该模式的特点是类加载时没有生成单例，只有当第一次调用 getlnstance 方法时才去创建这个单例。代码如下：
package designMode;
public class LazySingleton {
private static volatile LazySingleton instance=null; //保证 instance 在所有线程中同步
private LazySingleton(){} //private 避免类在外部被实例化
public static synchronized LazySingleton getInstance(){
//getInstance 方法前加同步
if(instance==null)
{
instance=new LazySingleton();
}
return instance;
}
}
注意：如果编写的是多线程程序，则不要删除上例代码中的关键字 volatile 和 synchronized，否则将存在线程非安全的问题。如果不删除这两个关键字就能保证线程安全，但是每次访问时都要同步，会影响性能，且消耗更多的资源，这是懒汉式单例的缺点。
第 2 种：饿汉式单例
该模式的特点是类一旦加载就创建一个单例，保证在调用 getInstance 方法之前单例已经存在了。
package designMode;
public class HungrySingleton {
private static final HungrySingleton instance=new HungrySingleton();
private HungrySingleton(){}
public static HungrySingleton getInstance(){
return instance;
}
}
饿汉式单例在类创建的同时就已经创建好一个静态的对象供系统使用，以后不再改变，所以是线程安全的，可以直接用于多线程而不会出现问题。
饱汉模式(懒汉模式)–双重加锁检查DCL（Double Check Lock）
public class Singleton {
/**
* 对保存实例的变量添加volatile的修饰
*/
private volatile static Singleton instance = null;
private Singleton(){
}
public static Singleton getInstance(){
//先检查实例是否存在，如果不存在才进入下面的同步块
if(instance == null){
//同步块，线程安全的创建实例
synchronized(Singleton.class){
//再次检查实例是否存在，如果不存在才真的创建实例
if(instance == null){
instance = new Singleton();
}
}
}
return instance;
}
}
值得注意的是：上述单例实现形式由于构造函数是私有的，因此该类不能被继承。
单例类的特殊实现 - 单例注册表
package designMode;
import java.util.HashMap;
public class RegSingleton{
private static HashMap registry=new HashMap();
//静态块，在类被加载时自动执行
static {
RegSingleton rs=new RegSingleton();
registry.put(rs.getClass().getName(),rs);
}
//受保护的默认构造函数，如果为继承关系，则可以调用，克服了单例类不能为继承的缺点
protected RegSingleton(){}
//静态工厂方法，返回此类的唯一实例
public static RegSingleton getInstance(String name){
if(name==null){
name="RegSingleton";
}
if(registry.get(name)==null){
try{
registry.put(name,Class.forName(name).newInstance());
}catch(Exception ex){ex.printStackTrace();}
}
return (RegSingleton)registry.get(name);
}
}
Spring框架对单例的支持是采用单例注册表的方式进行实现的，源码如下：
public abstract class AbstractBeanFactory implements ConfigurableBeanFactory{
/**
* 充当了Bean实例的缓存，实现方式和单例注册表相同
*/
private final Map singletonCache=new HashMap();
public Object getBean(String name)throws BeansException{
return getBean(name,null,null);
}
...
public Object getBean(String name,Class requiredType,Object[] args)throws BeansException{
//对传入的Bean name稍做处理，防止传入的Bean name名有非法字符(或则做转码)
String beanName=transformedBeanName(name);
Object bean=null;
//手工检测单例注册表
Object sharedInstance=null;
//使用了代码锁定同步块，原理和同步方法相似，但是这种写法效率更高
synchronized(this.singletonCache){
sharedInstance=this.singletonCache.get(beanName);
}
if(sharedInstance!=null){
...
//返回合适的缓存Bean实例
bean=getObjectForSharedInstance(name,sharedInstance);
}else{
...
//取得Bean的定义
RootBeanDefinition mergedBeanDefinition=getMergedBeanDefinition(beanName,false);
...
//根据Bean定义判断，此判断依据通常来自于组件配置文件的单例属性开关
//<bean id="date" class="java.util.Date" scope="singleton"/>
//如果是单例，做如下处理
if(mergedBeanDefinition.isSingleton()){
synchronized(this.singletonCache){
//再次检测单例注册表
sharedInstance=this.singletonCache.get(beanName);
if(sharedInstance==null){
...
try {
//真正创建Bean实例
sharedInstance=createBean(beanName,mergedBeanDefinition,args);
//向单例注册表注册Bean实例
addSingleton(beanName,sharedInstance);
}catch (Exception ex) {
...
}finally{
...
}
}
}
bean=getObjectForSharedInstance(name,sharedInstance);
}
//如果是非单例，即prototpye，每次都要新创建一个Bean实例
//<bean id="date" class="java.util.Date" scope="prototype"/>
else{
bean=createBean(beanName,mergedBeanDefinition,args);
}
}
...
return bean;
}
}