简介：

单例模式（Singleton Pattern）是 Java 中最简单的设计模式之一。这种类型的设计模式属于创建型模式，它提供了一种创建对象的最佳方式。

这种模式涉及到一个单一的类，该类负责创建自己的对象，同时确保只有单个对象被创建。这个类提供了一种访问其唯一的对象的方式，可以直接访问，不需要实例化该类的对象。
意图：保证一个类仅有一个实例，并提供一个访问它的全局访问点。

主要解决：一个全局使用的类频繁地创建与销毁。

何时使用：当您想控制实例数目，节省系统资源的时候。

如何解决：判断系统是否已经有这个单例，如果有则返回，如果没有则创建。

关键代码：构造函数是私有的。
优点：

1、在内存里只有一个实例，减少了内存的开销，尤其是频繁的创建和销毁实例（比如管理学院首页页面缓存）。
2、避免对资源的多重占用（比如写文件操作）。
缺点：
没有接口，不能继承，与单一职责原则冲突，一个类应该只关心内部逻辑，而不关心外面怎么样来实例化。

正文

单例模式分为3种：懒汉单例，饿汉单例，注册表单例

懒汉单例顾名思义，没有对象需要调用它的时候不去实例化，有人来向它要对象的时候再实例化对象，因为懒，比我还懒。
懒汉单例有线程安全和不安全两种写法，区别就在于静态工厂是否加同步。

public class Singleton {
private final static Singleton single  = null;

private Singleton() {
}
//取消掉synchronized则线程不安全
public synchronized static Singleton getInstance() {
    if(single==null) {
        return new Singleton();
    }else {
        return single;
    }   
}
}

饿汉单例，就是它很饿，它的对象早早的就创建好了（懒汉是有人管它要了再创建）,同上，也有线程安全和不安全之分。

public class Singleton {
    private final static Singleton single = new Singleton();

    private Singleton() {
    }
        //取消掉synchronized则线程不安全
    public synchronized static Singleton getInstance() {
        return single;
    }
}

我们再用spring的时候知道，如果不去指定bean的scope="prototype"，则其默认为singleton。那么spring源码又是怎么实现bean的单例的呢？
所谓注册表单例，就是将对象放到一个map中，key是bean的全类名，而value是bean的实例。
注册表单例解决了一个问题，即我们的饿汉和懒汉都是不能被继承的，我们这里将无参构造器设置为protected，那么我们的类就可以被继承了。
我们先写一个注册表单例：

public class Singleton {
private static final Map<String,Object> singletonCache = new HashMap<String,Object>();
private static final String single = "com.xuxiao.单例.注册表单例.Singleton";
static {
     Singleton singleton = new Singleton();
     singletonCache.put(singleton.getClass().getName(), singleton);
 }
protected Singleton() {
}
 public static Singleton getInstance() {
    return getInstance("");
 }
 public static Singleton getInstance(String name) {
     if(name=="") {
         name=single;
     }else if(singletonCache.get(name)==null){
         try {
            singletonCache.put(name, Class.forName(name).getConstructors()[0].newInstance());
        } catch (SecurityException e) {
            e.printStackTrace();
        } catch (ClassNotFoundException e) {
            e.printStackTrace();
        } catch (InstantiationException e) {
            e.printStackTrace();
        } catch (IllegalAccessException e) {
            e.printStackTrace();
        } catch (IllegalArgumentException e) {
            e.printStackTrace();
        } catch (InvocationTargetException e) {
            e.printStackTrace();
        }
     }
     return (Singleton) singletonCache.get(name);
 }
}

可以看到，我们将创建单例对象的任务放到了静态代码块中，由于静态代码块的特性，保证了我们的单例bean可以不被final保护。
这里有个想说明的点，为什么我的静态工厂还要用反射来创建单例对象，我加了判断，如果我的map的value为空，我将创建bean填充。虽然map设置为private，但依然可以被反射获得并清空value。

接下来，我们来看spring源码中的为何默认创建bean为单例模式：
Spring的依赖注入（包括lazy-init方式）都是发生在 AbstractBeanFactory 的 getBean 里。 getBean 的 doGetBean 方法调用 getSingleton 进行bean的创建。lazy-init方式(lazy-init=“true”)，在用户向容器第一次索要bean时进行调用；非lazy-init方式(lazy-init=“false”)，在容器初始化时候进行调用。
我们首先来到AbstractBeanFactory 的 getBean

/**
     * Return an instance, which may be shared or independent, of the specified bean.
     * @param name the name of the bean to retrieve
     * @param requiredType the required type of the bean to retrieve
     * @param args arguments to use when creating a bean instance using explicit arguments
     * (only applied when creating a new instance as opposed to retrieving an existing one)
     * @return an instance of the bean
     * @throws BeansException if the bean could not be created
     */
    public <T> T getBean(String name, Class<T> requiredType, Object... args) throws BeansException {
        return doGetBean(name, requiredType, args, false);
    }

doGetBean方法

/**
     * Return an instance, which may be shared or independent, of the specified bean.
     * @param name the name of the bean to retrieve
     * @param requiredType the required type of the bean to retrieve
     * @param args arguments to use when creating a bean instance using explicit arguments
     * (only applied when creating a new instance as opposed to retrieving an existing one)
     * @param typeCheckOnly whether the instance is obtained for a type check,
     * not for actual use
     * @return an instance of the bean
     * @throws BeansException if the bean could not be created
     */
    @SuppressWarnings("unchecked")
    protected <T> T doGetBean(
            final String name, final Class<T> requiredType, final Object[] args, boolean typeCheckOnly)
            throws BeansException {

        final String beanName = transformedBeanName(name);
        Object bean;

        // Eagerly check singleton cache for manually registered singletons.
        Object sharedInstance = getSingleton(beanName);
        .....

getSingleton方法

@Override
    public Object getSingleton(String beanName) {
        return getSingleton(beanName, true);
    }

    /**
     * Return the (raw) singleton object registered under the given name.
     * <p>Checks already instantiated singletons and also allows for an early
     * reference to a currently created singleton (resolving a circular reference).
     * @param beanName the name of the bean to look for
     * @param allowEarlyReference whether early references should be created or not
     * @return the registered singleton object, or {@code null} if none found
     */
    protected Object getSingleton(String beanName, boolean allowEarlyReference) {
        Object singletonObject = this.singletonObjects.get(beanName);
        if (singletonObject == null && isSingletonCurrentlyInCreation(beanName)) {
            synchronized (this.singletonObjects) {
                singletonObject = this.earlySingletonObjects.get(beanName);
                if (singletonObject == null && allowEarlyReference) {
                    ObjectFactory<?> singletonFactory = this.singletonFactories.get(beanName);
                    if (singletonFactory != null) {
                        singletonObject = singletonFactory.getObject();
                        this.earlySingletonObjects.put(beanName, singletonObject);
                        this.singletonFactories.remove(beanName);
                    }
                }
            }
        }
        return (singletonObject != NULL_OBJECT ? singletonObject : null);
    }

从上面代码可以看到，spring依赖注入时，使用了 双重判断加锁 的单例模式。
首先从缓存singletonObjects（实际上是一个map）中获取bean实例，如果为null，对缓存singletonObjects加锁，然后再从缓存中获取bean，如果继续为null，就创建一个bean。
这样双重判断，能够避免在加锁的瞬间，有其他依赖注入引发bean实例的创建，从而造成重复创建的结果。
在这里Spring并没有使用私有构造方法来创建bean，而是通过 singletonFactory.getObject() 返回具体beanName对应的ObjectFactory来创建bean。

我们一路跟踪下去，发现实际上是调用了 AbstractAutowireCapableBeanFactory 的 doCreateBean 方法，返回了BeanWrapper包装并创建的bean实例。
（ObjectFactory主要检查是否有用户定义的BeanPostProcessor后处理内容，并在创建bean时进行处理，如果没有，就直接返回bean本身）

/**
     * Actually create the specified bean. Pre-creation processing has already happened
     * at this point, e.g. checking {@code postProcessBeforeInstantiation} callbacks.
     * <p>Differentiates between default bean instantiation, use of a
     * factory method, and autowiring a constructor.
     * @param beanName the name of the bean
     * @param mbd the merged bean definition for the bean
     * @param args explicit arguments to use for constructor or factory method invocation
     * @return a new instance of the bean
     * @throws BeanCreationException if the bean could not be created
     * @see #instantiateBean
     * @see #instantiateUsingFactoryMethod
     * @see #autowireConstructor
     */
    protected Object doCreateBean(final String beanName, final RootBeanDefinition mbd, final Object[] args)
            throws BeanCreationException {

        // Instantiate the bean.
        BeanWrapper instanceWrapper = null;
        if (mbd.isSingleton()) {
            instanceWrapper = this.factoryBeanInstanceCache.remove(beanName);
        }
        if (instanceWrapper == null) {
            instanceWrapper = createBeanInstance(beanName, mbd, args);
        }
        final Object bean = (instanceWrapper != null ? instanceWrapper.getWrappedInstance() : null);
        Class<?> beanType = (instanceWrapper != null ? instanceWrapper.getWrappedClass() : null);
        mbd.resolvedTargetType = beanType;

        // Allow post-processors to modify the merged bean definition.
        synchronized (mbd.postProcessingLock) {
            if (!mbd.postProcessed) {
                try {
                    applyMergedBeanDefinitionPostProcessors(mbd, beanType, beanName);
                }
                catch (Throwable ex) {
                    throw new BeanCreationException(mbd.getResourceDescription(), beanName,
                            "Post-processing of merged bean definition failed", ex);
                }
                mbd.postProcessed = true;
            }
        }

        // Eagerly cache singletons to be able to resolve circular references
        // even when triggered by lifecycle interfaces like BeanFactoryAware.
        boolean earlySingletonExposure = (mbd.isSingleton() && this.allowCircularReferences &&
                isSingletonCurrentlyInCreation(beanName));
        if (earlySingletonExposure) {
            if (logger.isDebugEnabled()) {
                logger.debug("Eagerly caching bean '" + beanName +
                        "' to allow for resolving potential circular references");
            }
            addSingletonFactory(beanName, new ObjectFactory<Object>() {
                @Override
                public Object getObject() throws BeansException {
                    return getEarlyBeanReference(beanName, mbd, bean);
                }
            });
        }

instanceWrapper = createBeanInstance(beanName, mbd, args); 创建bean实例返回给BeanWrapper
addSingletonFactory 增加beanName和ObjectFactory的键值对应关系。
getEarlyBeanReference(beanName, mbd, bean); 获取bean的所有后处理器，并进行处理。如果是SmartInstantiationAwareBeanPostProcessor类型，就进行处理，如果没有相关处理内容，就返回默认的实现。

/**
     * Obtain a reference for early access to the specified bean,
     * typically for the purpose of resolving a circular reference.
     * @param beanName the name of the bean (for error handling purposes)
     * @param mbd the merged bean definition for the bean
     * @param bean the raw bean instance
     * @return the object to expose as bean reference
     */
    protected Object getEarlyBeanReference(String beanName, RootBeanDefinition mbd, Object bean) {
        Object exposedObject = bean;
        if (bean != null && !mbd.isSynthetic() && hasInstantiationAwareBeanPostProcessors()) {
            for (BeanPostProcessor bp : getBeanPostProcessors()) {
                if (bp instanceof SmartInstantiationAwareBeanPostProcessor) {
                    SmartInstantiationAwareBeanPostProcessor ibp = (SmartInstantiationAwareBeanPostProcessor) bp;
                    exposedObject = ibp.getEarlyBeanReference(exposedObject, beanName);
                    if (exposedObject == null) {
                        return null;
                    }
                }
            }
        }
        return exposedObject;
    }