java设计模式之单例模式的几种实现方式

本文详细介绍了六种不同的单例模式实现方法,包括懒汉模式、线程安全的懒汉式、饿汉式、双检锁、登记式/静态内部类及枚举方式,并对比了它们在懒加载、线程安全及实现难度上的区别。

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1、懒汉模式,线程不安全

  • 是否Lazy初始化:是
  • 是否多线程安全:否
  • 实现难度:易

描述:这种方式是最基本的实现方式,这种实现最大的问题就是不支持多线程。因为没有加锁synchronized,所以严格意义上它并不算单例模式。这种方式lazy loading很明显,不要求线程安全,在多线程不能正常工作。

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

2、懒汉式,线程安全

  • 是否Lazy初始化:是
  • 是否多线程安全:是
  • 实现难度:易

描述:这种方式具备很好的lazy loading,能够在多线程中很好的工作,但是,效率很低,大部分情况下不需要同步。

优点:第一次调用才初始化,避免内存浪费。

缺点:必须加锁synchronized才能保证单例,但加锁会影响效率。

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

3、饿汉式

  • 是否Lazy初始化:否
  • 是否线程安全:是
  • 实现难度:易

描述:这种方式比较常用,但容易产生垃圾对象。

优点:没有加锁,执行效率会提高。

缺点:类加载时就初始化,浪费内存。

它基于classloader机制避免了多线程的同步问题,不过,instance在类装载时就实例化,虽然导致类装载的原因有很多种,在单例模式中大多数都是 调用getInstance方法,但是也不能确定有其他的方式(或者静态方法)导致类装载,这时候初始化instance显然没有达到lazy loading的效果。

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

    public static Singleton getInstance(){
       return instance;
    }
}

4、双检锁/双重校验锁(DCL,即double-checked locking)

  • 是否Lazy初始化:是
  • 是否多线程安全:是
  • 实现难度:较复杂

描述:这种方式采用双锁机制,安全且在多线程情况下能保持较高性能。

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

5、登记式/静态内部类

  • 是否Lazy初始化:是
  • 是否多线程安全:是
  • 实现难度:一般

描述:这种方式能达到双检索一样的功效,但实现更简单。对静态域使用延迟初始化,应使用这种方式而不是双检索方式。这种方式只适用于静态域情况,双检索方式可在实例域需要延迟初始化时使用。

这种方式同样利用了classloader机制来保证初始化instance时只有一个线程,它和第三种方式不同的是,第三种方式只要Singleton类被加载了,那么instance就会被实例化,而这种方式是Singleton类被装载了,instance不一定被初始化。因为SingletonHolder类没有被主动使用,只有通过显式调用getInstance方法时,才会显式装载SingletonHolder类,从而实例化instance。

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

6、枚举

  • 是否Lazy初始化:否
  • 是否多线程安全:是
  • 实现难度:易

描述:这种实现方式还没有被广泛采用,但这是实现单例模式的最佳方法。它更简洁,自动支持序列化机制,绝对防止多次实例化。

public enum Singleton{
    INSTANCE;
    public void whateverMethod(){

    }
}

 

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