创建型模式-单例模式

最新推荐文章于 2025-11-26 20:36:37 发布

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#单例模式

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本文详细介绍了Java中的单例模式实现方式，包括懒汉式（线程不安全与线程安全）和饿汉式。懒汉式在多线程环境下可能造成实例化多次的问题，而线程安全的懒汉式通过同步锁解决了这一问题，但会带来性能损耗。饿汉式则在类加载时就完成了实例化，保证线程安全但失去了延迟初始化的优点。此外，还提到了静态内部类和枚举实现单例模式，这两种方式既保证了线程安全，又实现了延迟初始化，是较好的实践方案。

单例模式要点：

使用一个私有构造函数、一个私有静态变量以及一个公有静态函数来实现。私有构造函数保证了不能通过构造函数来创建对象实例，只能通过公有静态函数返回唯一的私有静态变量。

1.懒汉式

线程不安全实现
私有静态变量 uniqueInstance 被延迟实例化，这样做的好处是，如果没有用到该类，那么就不会实例化 uniqueInstance，从而节约资源。这个实现在多线程环境下是不安全的，如果多个线程能够同时进入 if (uniqueInstance == null) ，并且此时 uniqueInstance 为 null，那么会有多个线程执行 uniqueInstance = new Singleton(); 语句，这将导致多次实例化 uniqueInstance

public class Singleton {
    private Singleton() {
    }

    private static Singleton uniqueInstance ;

    public static Singleton getUniqueInstance (){
        if (uniqueInstance  == null) {
            //线程不安全
            uniqueInstance = new Singleton();
        }
        return uniqueInstance;
    }

}

懒汉式，线程安全实现

public class Singleton {
    private Singleton() {
    }

    private volatile static Singleton uniqueInstance ;
    //有性能损耗，每次都得获取锁，才能获取实例
    public static synchronized Singleton getUniqueInstance (){
        if (uniqueInstance  == null) {
            uniqueInstance = new Singleton();
        }
        return uniqueInstance;
    }

}

public class Singleton {
    private Singleton() {
    }

    private volatile static Singleton uniqueInstance ;

    public static  Singleton getUniqueInstance (){
        if (uniqueInstance  == null) {
            synchronized(Singleton.class){
                if (uniqueInstance == null) { //双重检查
                    uniqueInstance = new Singleton();
                }
            }
        }
        return uniqueInstance;
    }

}

uniqueInstance 采用 volatile 关键字修饰也是很有必要的。uniqueInstance = new Singleton(); 这段代码其实是分为三步执行。 1分配内存空间 2初始化对象 3将 uniqueInstance 指向分配的内存地址，但是由于 JVM 具有指令重排的特性，有可能执行顺序变为了 1>3>2，这在单线程情况下自然是没有问题。但如果是多线程下，有可能获得是一个还没有被初始化的实例，以致于程序出错。使用 volatile 可以禁止 JVM 的指令重排，保证在多线程环境下也能正常运行

2.饿汉式

线程不安全问题主要是由于 uniqueInstance 被多次实例化，采取直接实例化 uniqueInstance 的方式就不会产生线程不安全问题。但是直接实例化的方式也丢失了延迟实例化带来的节约资源的好处

public class Singleton {
    private Singleton() {
    }
    private static Singleton uniqueInstance =new Singleton();;

    public static  Singleton getUniqueInstance (){
        return uniqueInstance;
    }

}

3.静态内部类实现

当 Singleton 类加载时，静态内部类 SingletonHolder 没有被加载进内存。只有当调用 getUniqueInstance() 方法从而触发 SingletonHolder.INSTANCE 时 SingletonHolder 才会被加载，此时初始化 INSTANCE 实例。这种方式不仅具有延迟初始化的好处，而且由虚拟机提供了对线程安全的支持

public class Singleton {

    private Singleton() {
    }

    private static class SingletonHolder {
        private static final Singleton INSTANCE = new Singleton();
    }

    public static Singleton getUniqueInstance() {
        return SingletonHolder.INSTANCE;
    }
}

4.枚举实现

这是单例模式的最佳实践，它实现简单，并且在面对复杂的序列化或者反射攻击的时候，能够防止实例化多次

public enum Singleton {
    uniqueInstance;
}