剑指Offer的第0题：如何手写一个单例模式的代码？
1.单例模式是什么？
单例模式，是一种比较简单的设计模式，也是属于创建型模式（提供一种创建对象的模式或者方式）。
要点：
1.涉及一个单一的类，这个类来创建自己的对象（不能在其他地方重写创建方法，初始化类的时候创建或者提供私有的方法进行访问或者创建，必须确保只有单个的对象被创建）。
2.单例模式不一定是线程不安全的。
3.单例模式可以分为两种：
懒汉模式（在第一次使用类的时候才创建，可以理解为类加载的时候特别懒，只有要用的时候才去获取，要是没有就创建，由于是单例，所以只有第一次使用的时候没有，创建后就可以一直用同一个对象）。
饿汉模式（在类加载的时候就已经创建，可以理解为饿汉已经饿得饥渴难耐，肯定先把资源紧紧拽在自己手中，所以在类加载的时候就会先创建实例，之后都会用同一个实例）
使用到的关键字：
- 单例：singleton
- 实例：instance
- 同步： synchronized
- 保证可见性：volatile
2.为什么要用单例模式？
单例模式是为了控制实例的数量，同时节约系统的资源，如果我们希望系统中某个类只存在一个对象，就可以考虑使用单例模式。
举个例子：我们的windows系统，那些应用比如网易云音乐客户端，点击打开，是一个界面，我们把这个窗口最小化，再次点击客户端打开，我们发现它还是原来打开的界面，不会重新创建一个界面。这里面就是不想浪费系统资源，利用了单例模式的思想。如果还没有打开过，就创建一个新的界面（其实是一个进程）显示，如果已经打开了，就会使用之前的，不会重新打开一个相同的。
3.单例模式有什么优缺点？
- 优点：
- 保证了只有一个实例，如果这个类的实例对资源占用比较大（重量级对象），那么就可以较大程度的节约资源，节约内存，节省了频繁创建对象的时间，保证每一个对象都是访问唯一的instance。
- 缺点：
- 不适用于变化的对象，因为只有一个实例，如果数据不断发生变化，那么很有可能引起不同场景下的数据错误，说极端一点，不同线程都使用这个实例，改变它的值，那就会有可能出问题。
- 每次都会做判断检查实例是否已经存在，这个也是开销，但是比较微小，也可以通过静态初始化（饿汉模式）来解决。
4.单例模式有哪些用法？怎么写才是单例？
单例模式主要有懒汉式，饿汉式，枚举式，还有注册登记式，当然还有其他的，这里说的是我们经常知道的或者常用常见的几种。
我们都知道单例的目的是：为了让类只有一个实例在其他地方使用。可以不那么严谨地说，实现了这个目的包含的思想就是单例。
饿汉模式（2种）：
饿汉模式是指在初始化也就是类加载的时候就已经完成了实例化。
优点：比较简单，由于一开始就初始化了，不会在创建的时候有线程安全问题，不会出现创建出两个实例的现象。
缺点：在类装载的时候就完成了实例化，要是这个类所依赖的资源比较多，也就是这个类是一个重对象的话，类加载的时间会比较久，如果没有被使用，那就会比较浪费资源。
1.public修饰，直接访问的饿汉模式
第一种single是public，可以直接通过Singleton类名来访问
public class Singleton {
//私有化构造方法，以防止外界使用该构造方法创建新的实例
private Singleton(){
}
//默认是public，访问可以直接通过Singleton.instance来访问
static Singleton instance = new Singleton();}
2.private修饰，通过方法访问的饿汉模式
第二种是用private修饰singleton，那么就需要提供static 方法来访问。
public class Singleton {
private Singleton(){
}
//使用private修饰，那么就需要提供get方法供外界访问
private static Singleton instance = new Singleton();
//static将方法归类所有，直接通过类名来访问
public static Singleton getInstance(){
return instance;.
}}
饿汉模式，这样的写法是没有问题的，不会有线程安全问题，但是是有缺点的，因为instance的初始化是在类加载的时候就在进行的，所以类加载是由ClassLoader来实现的，那么初始化得比较早好处是后来直接可以用，坏处也就是浪费了资源，要是只是个别类使用这样的方法，依赖的数据量比较少，那么这样的方法也是一种比较好的单例方法。
在单例模式中一般是调用getInstance()方法来触发类装载，以上的两种饿汉模式显然没有实现lazyload(个人理解是指用的时候才触发类加载)
3.改进后的，懒加载饿汉模式
下面有一种饿汉模式的改进版，利用内部类实现懒加载这种方式Singleton类被加载了，但是instance也不一定被初始化，要等到SingletonHolder被主动使用的时候，也就是显式调用getInstance方法的时候，才会显式的装载SingletonHolder类，从而实例化instance。这种方法使用类装载器保证了只有一个线程能够初始化instance，那么也就保证了单例，并且实现了懒加载。静态内部类虽然保证了单例在多线程并发下的线程安全性，但是在遇到序列化对象时，默认的方式运行得到的结果就是多例的。
public class Singleton {
private Singleton(){
}
//内部类
private static class SingletonHolder{
private static final Singleton instance = new Singleton();
}
//对外提供的不允许重写的获取方法
public static final Singleton getInstance(){
return SingletonHolder.instance;
}}
懒汉模式（2种）：
最基础的代码 （线程不安全）：
public class Singleton {
private static Singleton instance = null;
private Singleton(){
}
public static Singleton getInstance() {
if (instance == null) {
instance = new Singleton();
}
return instance;
}}
这种写法，是在每次获取实例instance的时候进行判断，如果没有那么就会new一个出来，否则就直接返回之前已经存在的instance。但是这样的写法不是线程安全的，当有多个线程都刚好执行到getInstance()方法的时候，都判断都是否等于null的时候，就会各自创建新的实例，这样就不能保证单例了。所以我们就会想到同步锁，使用synchronized关键字：
加同步锁的代码**（线程安全，效率不高）**
public class Singleton {
private static Singleton instance = null;
private Singleton() {}
public static Singleton getInstance() {
synchronized(Singleton.class){
if (instance == null)
instance = new Singleton();
}
return instance;
}}
这样的话，getInstance()方法就会被锁上，当有两个线程同时访问这个方法的时候，总会有一个线程先获得了同步锁，那么这个线程就可以执行下去，而另一个线程就必须等待，等待第一个线程执行完getInstance()方法之后，才可以执行。这段代码是线程安全的，但是效率不高，因为假如有很多线程，那么就必须让所有的都等待正在访问的线程，这样就会大大降低了效率。那么我们有一种思路就是，将锁出现的概率再降低，也就是我们所说的双重检查（双检锁）。
public class Singleton {
private static Singleton instance = null;
private Singleton() {}
public static Singleton getInstance() {
if (instance == null){
synchronized(Singleton.class){
if (instance == null)
instance = new Singleton();
}
}
return instance;
}}
1.第一个if判断，是为了降低锁的出现概率，前一段代码，只要执行到同一个方法都会触发锁，而这里只有singleton为空的时候才会触发，所谓双重检查，第一次校验不是线程安全的，也就是说可能有多个线程同时得到singleton为null的结果，接下来的同步代码块保证了同一时间只有一个线程进入，而第一个进入的线程会创建对象，等其他线程再进入时对象已创建就不会继续创建。这是一个很巧妙的方式，如果对整个方法同步，所有获取单例的线程都要排队，效率就会降低。但实际上只需要对创建过程同步来保证"单例"，多个线程不管是否已经有单例可以同时去请求。
2.第二个if判断是和之前的代码起一样的作用。
上面的代码看起来已经像是没有问题了，事实上，还有有很小的概率出现问题，那么我们先来了解：原子操作，指令重排。
1.原子操作
- 原子操作，可以理解为不可分割的操作，就是它已经小到不可以再切分为多个操作进行，那么在计算机中要么它完全执行了，要么它完全没有执行，它不会存在执行到中间状态，可以理解为没有中间状态。比如：赋值语句就是一个原子操作：
n = 1; //这是一个原子操作
假设n的值以前是0，那么这个操作的背后就是要么执行成功n等于1，要么没有执行成功n等于0，不会存在中间状态，就算是并发的过程中也是一样的。
下面看一句不是原子操作的代码：
int n =1;//不是原子操作
原因： 这个语句中可以拆分为两个操作
1.声明变量n
2.给变量赋值为1
从中我们可以看出有一种状态是n被声明后但是没有来得及赋值的状态，这样的情况，在并发中，如果多个线程同时使用n，那么就会可能导致不稳定的结果。
2.指令重排
所谓指令重排，就是计算机会对我们代码进行优化，优化的过程中会在不影响最后结果的前提下，调整原子操作的顺序。比如下面的代码：
int a ; // 语句1 a = 1 ; // 语句2int b = 2 ; // 语句3int c = a + b ; // 语句4
正常的情况，执行顺序应该是1234，但是实际有可能是3124，或者1324，这是因为语句3和4都没有原子性问题，那么就有可能被拆分成原子操作，然后重排.
原子操作以及指令重排的基本了解到这里结束，看回我们的代码：
主要是instance = new Singleton()，根据我们所说的，这个语句不是原子操作，那么就会被拆分，事实上JVM（java虚拟机）对这个语句做的操作：
1.给instance分配了内存
2.调用Singleton的构造函数初始化了一个成员变量，产生了实例，放在另一处内存空间中
3.将instance对象指向分配的内存空间，执行完这一步才算真的完成了，instance才不是null。
在一个线程里面是没有问题的，那么在多个线程中，JVM做了指令重排的优化就有可能导致问题，因为第二步和第三步的顺序是不能够保证的，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，就会报空指针。
从更上一层来说，有一个线程是instance已经不为null但是仍没有完成初始化中间状态，这个时候有一个线程刚刚好执行到第一个if(instance==null),这里得到的instance已经不是null，然后他直接拿来用了，就会出现错误。
对于这个问题，我们使用的方案是加上volatile关键字。
public class Singleton {
private static volatile Singleton instance = null;
private Singleton() {}
public static Singleton getInstance() {
if (instance == null){
synchronized(Singleton.class){
if (instance == null)
instance = new Singleton();
}
}
return instance;
}}
volatile的作用：禁止指令重排，把instance声明为volatile之后，对它的写操作就会有一个内存屏障，这样，在它的赋值完成之前，就不用会调用读操作。也就是在一个线程没有彻底完成instance = new Singleton();之前，其他线程不能够去调用读操作。
- 上面的方法实现单例都是基于没有复杂序列化和反射的时候，否则还是有可能有问题的，还有最后一种方法是使用枚举来实现单例，这个可以说的比较理想化的单例模式，也是最推荐的写法：
public enum Singleton {
INSTANCE;
public void doSomething() {
}}
