设计模式-单例模式

最新推荐文章于 2025-12-06 21:19:38 发布

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#单例模式 #java #开发语言

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单例模式，是在实际工作和面试中比较常见的模式，下面我们来学习单例模式的几种实现方法。

一、定义

首先看定义，单例模式：保证在软件系统中，对于某个类，只有一个对象实例，并且只提供一种获取该类实例的方法。

二、饿汉式

饿汉式是一种常见且直观的单例实现。实现步骤：

1、构造器私有化，防止外部new；

2、本类内部创建对象实例；

3、提供一个公有的静态方法，返回对象实例；

实现代码：

public class SingletonTest1 {

    public static void main(String[] args) {
        Singleton singleton1 = Singleton.getInstance();
        Singleton singleton2 = Singleton.getInstance();
        System.out.println(singleton1 == singleton2);
        System.out.println("singleton1:" + singleton1.hashCode());
        System.out.println("singleton2:" + singleton2.hashCode());
    }
}
// 饿汉式
class Singleton {
    // 1、构造器私有化，防止外部能new
    private Singleton() { }

    // 2、本类内部创建对象实例，私有静态变量
    private final static  Singleton instance = new Singleton();

    // 3、提供一个外部调用实例的静态方法
    public static Singleton getInstance() {
        return instance;
    }
}

输出：

根据输出的哈希值，可以看见两次获取的是同一个对象。

饿汉式的优缺点：

1、类加载的时候就完成了创建实例，避免线程同步问题；

2、从未使用该类也会被实例化，造成内存浪费；

三、懒汉式（线程不安全）

上面说到的饿汉式实现，当这个类不是常用类时，会有个内存浪费的问题。我们可以进行优化，当使用到这个类时，才进行类的实例化。也就是延迟创建对象，即懒汉式。

实现代码：

// 懒汉式（线程不安全）
class Singleton {
    // 1、构造器私有化，防止外部能new
    private Singleton() { }

    // 2、私有实例变量
    private static Singleton instance;

    // 3、提供一个外部调用实例的静态方法，当使用到时，才实例化对象
    public static Singleton getInstance() {
        if(instance == null) {
            instance = new Singleton();
        }
        return instance;
    }
}

上面的代码实现了延迟创建对象，但存在多线程安全问题。当多个线程访问时，可能会同时进入到if(instance == null)方法内，导致实例化出多个对象。

四、懒汉式（线程安全）

解决线程安全问题，第一个想到的是加synchronized。

实现代码：

// 懒汉式（线程安全）
class Singleton {
    // 1、构造器私有化，防止外部能new
    private Singleton() { }

    // 2、私有实例变量
    private static Singleton instance;

    // 3、提供一个外部调用实例的静态方法，当使用到时，才实例化对象。并用synchronized解决同步问题。
    public synchronized static Singleton getInstance() {
        if(instance == null) {
            instance = new Singleton();
        }
        return instance;
    }
}

使用synchronized很好的解决了同步问题。但思考下，synchronized是加在方法上的，每一次的访问都要进行同步阻塞，影响效率。其实只需要在第一次初始化时，才需要同步。

五、双重检查

上面的懒汉式，虽然延迟加载，线程安全，但效率不高，不是理想的实现方式。下面继续优化，用双重检查实现。

实现代码：

// 双重检查，推荐使用
class Singleton {
    // 1、构造器私有化，防止外部能new
    private Singleton() { }

    // 2、私有实例变量，增加volatile,读取最后修改的值
    private static volatile Singleton instance;

    // 3、提供一个外部调用实例的静态方法，加入双重检查代码，解决线程安全问题，同时解决懒加载问题
    public static Singleton getInstance() {
        if(instance == null) {
            synchronized(Singleton.class) {
                if(instance == null) {
                    instance = new Singleton();
                }
            }
        }
        return instance;
    }
}

双重检查是我们工作中推荐的单例实现方式。优点：

1、双重检查是多线程开发中经常使用的，如代码所示，进行了两次instance非空判断，并用volatile修饰instance，保证了线程安全。

2、实例化代码只执行了一次，而且不会重复访问同步方法块，效率高。

3、达到延迟加载的效果。

六、静态内部类

扩展，推荐的方式除了双重检查，还有种实现方式——静态内部类。

1、当外部类被装载时，静态内部类不会被装载，达到延迟加载的效果；

2、当获取静态内部类属性时，静态内部类属性只实例化一次，并且线程安全的；因为JVM类装载是线程安全的；

实现代码：

// 静态内部类，推荐使用
class Singleton {
    // 1、构造器私有化，防止外部能new
    private Singleton() { }

    // 2、私有实例变量，增加volatile,读取最后修改的值
    private static volatile Singleton instance;

    // 3、静态内部类，属性是Singleton的实例
    private static class SingletonInstance {
        private static Singleton INSTANCE = new Singleton();
    }
    // 4、提供一个外部调用实例的静态方法
    public static Singleton getInstance() {
        return SingletonInstance.INSTANCE;
    }
}

七、枚举

继续扩展，另一种推荐实现——枚举。

1、利用枚举可以很轻松的实现单例模式，不仅能实现多线程安全，而且能防止反序列化对象被重新创建；

2、这种方式是effective java作者josh Bloch提倡的方式；

实现代码：

public class SingletonTest6 {

    public static void main(String[] args) {
        Singleton singleton1 = Singleton.INSTANCE;
        Singleton singleton2 = Singleton.INSTANCE;
        System.out.println(singleton1 == singleton2);
        System.out.println("singleton1:" + singleton1.hashCode());
        System.out.println("singleton2:" + singleton2.hashCode());
    }
}

// 枚举，推荐使用
enum Singleton {
    INSTANCE;
}

以上就是单例模式的常见实现方法了。欢迎讨论，共同学习。