Java单例设计模式

本文介绍了三种不同的单例模式实现方式:简单饿汉式、懒汉式(一次检查)及懒汉式(两次检查)。通过代码示例展示了每种模式的特点与应用场景,并对比了它们之间的性能差异。

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简单饿汉式

//简单饿汉式单例
public class Singleton {
    //随着类的加载而分配内存创建对象
    private static Singleton mInstance = new Singleton();
    //私有花构造函数,其它类无法进行new
    private Singleton(){

    }
    //提供对象获取入口
    public static Singleton getInstance(){
        return mInstance;
    }

    public static void main(String arg []){

        Singleton mInstance = Singleton.getInstance();
        Singleton mInstance2 = Singleton.getInstance();
        //打印对象地址
        System.out.println(mInstance);
        System.out.println(mInstance2);

    }

}
//懒汉式单例设计模式,一次检查
public class Singleton {

    private static Singleton mInstance = null;

    private Singleton(){

    }
    //只有需要对象的时候才进行初始化,节省内存
    //同步关键字防止多线程下会产生多个对象
    public static synchronized Singleton getInstance(){
        if(mInstance == null){
            mInstance = new Singleton();
        }
        return mInstance;
    }

    public static void main(String arg []){

        Singleton mInstance = Singleton.getInstance();
        Singleton mInstance2 = Singleton.getInstance();

        System.out.println(mInstance);
        System.out.println(mInstance2);

    }

}
//懒汉式单例设计模式,两次检查,两次检查比一次检查效率高
public class Singleton {

    private static Singleton mInstance = null;

    private Singleton(){

    }
    //方法名上的同步关键字移到了代码块上,从而不需要每次都进行同步判断,提高效率
    public static Singleton getInstance(){
        if(mInstance == null){
            synchronized(Singleton.class){
                if(mInstance == null){
                    mInstance = new Singleton();
                }
            }
        }
        return mInstance;
    }

    public static void main(String arg []){

        Singleton mInstance = Singleton.getInstance();
        Singleton mInstance2 = Singleton.getInstance();

        System.out.println(mInstance);
        System.out.println(mInstance2);

    }

}
//这个也是单例
public emun Singleton{
    INSTANCE;

    private Singleton(){
    }
}
### Java 单例设计模式的实现与使用 #### 1. **单例设计模式概述** 单例设计模式是一种创建型设计模式,其核心目标是确保一个类在整个应用程序生命周期中只有一个实,并提供一个全局访问点来获取这个实[^2]。这种模式通常用于需要控制资源分配的场景,如数据库连接池、线程池等。 --- #### 2. **模式的核心特性** - **唯一性**:类只能有一个实。 - **自我管理**:类负责创建并维护自身的唯一实。 - **全局访问**:通过静态方法或其他机制向外界提供对该唯一实的访问[^4]。 --- #### 3. **常见实现方式** ##### (1) **饿汉式(Eager Initialization)** 饿汉式是最简的一种模式实现方式。在类加载时就初始化实,因此不存在线程安全问题。 ```java public class Singleton { // 静态变量保存唯一实 private static final Singleton instance = new Singleton(); // 私有构造函数防止外部实化 private Singleton() {} // 提供全局访问点 public static Singleton getInstance() { return instance; } } ``` 这种方式的优点是实现简,缺点是无论是否需要用到该实都会提前创建,可能会浪费资源[^5]。 --- ##### (2) **懒汉式(Lazy Initialization)** 懒汉式只有在第一次调用 `getInstance()` 方法时才会创建实,适用于延迟加载的场景。 ```java public class Singleton { // 使用 volatile 关键字保证多线程环境下的可见性和有序性 private static volatile Singleton instance; // 私有构造函数防止外部实化 private Singleton() {} // 双重检查锁定(Double-Checked Locking) public static Singleton getInstance() { if (instance == null) { // 第一次检查 synchronized (Singleton.class) { if (instance == null) { // 第二次检查 instance = new Singleton(); } } } return instance; } } ``` 这种方法解决了资源浪费的问题,但引入了双重检查锁机制以确保线程安全性[^5]。 --- ##### (3) **静态内部类实现** 静态内部类的方式既实现了延迟加载,又避免了同步带来的性能开销。 ```java public class Singleton { // 私有构造函数防止外部实化 private Singleton() {} // 定义静态内部类,在首次调用 getInstance() 时才加载 private static class SingletonHolder { private static final Singleton INSTANCE = new Singleton(); } // 提供全局访问点 public static Singleton getInstance() { return SingletonHolder.INSTANCE; } } ``` 这种方式利用 JVM 的类加载机制保证了线程安全,同时实现了按需加载[^5]。 --- ##### (4) **枚举实现** 枚举实现被认为是最佳实践之一,因为它不仅简洁明了,还能天然抵抗反射攻击和序列化破坏。 ```java public enum SingletonEnum { INSTANCE; private String data; public String getData() { return data; } public void setData(String data) { this.data = data; } } ``` 枚举类型的天生具备线程安全性和反序列化的保护能力[^3]。 --- #### 4. **应用场景** - 数据库连接池:确保多个模块共享同一个连接池实。 - 日志记录器:集中管理和输出日志信息。 - 配置管理器:统一读取和解析配置文件的内容。 - 线程池:合理分配有限的线程资源。 --- #### 5. **注意事项** - **线程安全**:对于懒汉式和其他动态加载的实现方式,必须考虑并发环境下可能产生的问题。 - **序列化与反序列化**:如果类支持序列化/反序列化功能,应重写 `readResolve` 方法以防止多次实化。 - **反射攻击**:可以通过将构造函数声明为私有,并抛出异常的方式来阻止非法实化。 --- ### 示代码总结 以下展示了四种不同实现方式的对比: | 实现方式 | 是否延迟加载 | 线程安全 | 复杂度 | |----------------|--------------|------------------|--------| | 饿汉式 | 否 | 是 | ★ | | 懒汉式 | 是 | 需要额外处理 | ★★ | | 静态内部类 | 是 | 自然线程安全 | ★★★ | | 枚举实现 | 是 | 最佳实践 | ★★★★ | ---
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