创建型设计模式-单例模式

原创已于 2025-10-18 15:17:56 修改 · 297 阅读

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#单例模式 #设计模式

于 2025-07-30 10:47:39 首次发布

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Java中单例模式是一种广泛使用的设计模式。
确保某一个类只有一个实例，而且自行实例化并向整个系统提供这个实例。

饿汉式

public class Singleton {
    private static final Singleton INSTANCE = new Singleton();
    private Singleton(){}
    public static Singleton getInstance(){
        return INSTANCE;
    }
}

懒汉式

class Singleton{
    private static Singleton instance;
    private Singleton(){}
    public static synchronized Singleton getInstance(){
        if (instance == null){
            instance = new Singleton();
        }
        return instance;
    }
}

双重检查锁（Double-Checked Locking, DCL）

class Singleton{
    private static volatile Singleton instance;
    private Singleton(){}
    public static Singleton getInstance(){
        if (instance == null){
            synchronized (Singleton.class){
                if (instance == null){
                    instance = new Singleton();
                }
            }
        }
        return instance;
    }
}

为什么必须用 volatile？
问题出在 instance = new Singleton(); 这行代码。它并非一个原子操作，在 JVM 中大致分为三步：

为对象分配内存空间。
初始化对象（调用构造函数等）。
将 instance 引用指向这块内存。

JVM 可能会进行指令重排序，将步骤 2 和 3 调换顺序。即：先分配内存并让 instance 指向它，然后再初始化。

考虑以下场景：

线程 A 进入同步块，执行 new Singleton()。JVM 重排序后，先执行了步骤 1 和 3。此时 instance 已不为 null，但对象还未初始化。
此时线程 B 执行第一次检查 if (instance == null)，发现 instance 不为 null，于是直接返回这个尚未初始化完成的实例。线程 B 使用这个不完整的对象就会出错。

volatile 的作用：

禁止指令重排序：确保 instance = new Singleton() 的操作按 1->2->3 的顺序执行。
保证可见性：当一个线程修改了 volatile 变量，新值会立即被刷新到主内存，其他线程能立刻看到。因此，volatile 是 DCL 模式不可或缺的一部分。

静态内部类

class Singleton{
    private Singleton(){}
    private static class SingletonHolder{
        private static final Singleton INSTANCE = new Singleton();
    }
    public static Singleton getInstance(){
        return SingletonHolder.INSTANCE;
    }
}