java设计模式之单例模式

最新推荐文章于 2025-06-06 14:48:34 发布

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本文详细介绍了单例模式的概念及其在Java中的实现方式，包括饿汉模式、懒汉模式及使用枚举实现单例的方法，并讨论了多线程环境下单例模式的正确实现。

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单例对象（Singleton）是一种常用的设计模式。

单例模式有一下特点：
1、单例类只能有一个实例。
2、单例类必须自己自己创建自己的唯一实例。
3、单例类必须给所有其他对象提供这一实例。

在Java应用中，单例对象能保证在一个JVM中，该对象只有一个实例存在。这样的模式有几个好处：

1、某些类创建比较频繁，对于一些大型的对象，这是一笔很大的系统开销。

2、省去了new操作符，降低了系统内存的使用频率，减轻GC压力。

3、有些类如交易所的核心交易引擎，控制着交易流程，如果该类可以创建多个的话，系统完全乱了。（比如一个军队出现了多个司令员同时指挥，肯定会乱成一团），所以只有使用单例模式，才能保证核心交易服务器独立控制整个流程。

1、单例(饿汉模式)代码：

<span style="font-size:12px;">public class Singleton {
    private final static Singleton INSTANCE = new Singleton();
 
    //私有化构造方法，防止被实例化   
    private Singleton() {
    }
 
    public static Singleton getInstance() {
        return INSTANCE;
    }
}</span>

2、单例（懒汉模式）代码：

<span style="font-size:12px;"><span style="font-size:12px;">public final class LazySingleton 
{ 
    private static LazySingleton singObj = null; 
 
    private LazySingleton(){ 
    } 
 
    public static LazySingleton getSingleInstance(){ 
        if(null == singObj) singObj = new LazySingleton();
          return singObj;
    } 
} </span></span>

下面为优化的单例懒汉模式代码，注意静态字段声明的时候，有一个volatile关键字，并且代码中两次判断是否是null，这种双重检测的机制为了应对多线程环境。

<span style="font-size:12px;">public class Singleton {
    private static volatile Singleton INSTANCE = null;
    //私有化构造方法，防止被实例化
    private Singleton() {
    }
    //双重检测
    public static Singleton getInstance() {
        if (INSTANCE == null) { //①
            synchronized (Singleton.class) { //②
                if (INSTANCE == null) { //③
                    INSTANCE = new Singleton(); //④
                }
            }
        }
        return INSTANCE;
    }
}</span>

需要注意的是，即使这种Doublecheck在C++中有效，但对JAVA5之前的代码还是有一点问题的。

原因在于，编译器会优化代码，可能导致赋值语句乱序执行，上述代码中，如果有2个线程A,B。A线程已经进入4位置，当4位置的代码执行时，需要注意 INSTANCE = new Singleton()这个行代码不是一个原子操作。

JVM可能在完成Singleton类的构造方法之前，会先把一块还未初始化完成的内存地址先分配给INSTANCE，而此时如果线程B进入1位置，会认为INSTANCE已经存在，从而返回了一个未初始化完成的内存块，这可能导致程序崩溃。正是由于是先给INSTANCE赋值在初始化内存块，还是先初始化内存块再复制给INSTANCE，这个顺序无法保证，所以这种机制会出现问。所以在JAVA5之后，扩充了 volatile关键字，确保一个变量写入和读取操作的顺其不会被编译器优化成乱序，volatile变量也不会被缓存到cpu寄存器中，保证了其读取的一致性。

这和C#中的volatile的关键字是一样的作用。

除了上面2中常见的方法之外，还有其他方法。比如下面一种比较经典的实现方法，使用一个内部类，JVM自身保证了自身安全，这个模式也是在《Effective Java》这本书中推荐的，这种方式不依赖于java版本。

<span style="font-size:12px;">public class Singleton {
    private Singleton() {
    }
    public static final Singleton getInstance() {
        return InnerClass.INSTANCE;
    } 
    private static class InnerClass {
        private static Singleton INSTANCE = new Singleton();
    }
}</span>

但在JAVA5之后，最简单的单例实现方法是使用enum类型。

enum关键字是JAVA5中新增的，它和class，interface一样，也是一种数据类型。可以把它看成是一种特殊的类。可以在enum内部实现构造方法，字段，方法等，还可以实现接口。不过也有一些限定，枚举类中的构造器，默认为private修饰，且只能使用private。枚举类的所有实例必须在类中的第一行显式列出，否则这个枚举类不可能产生实例。JVM保证了这个每个枚举值只被初始化一次。正是由于这样一个特点，我们可以用如下代码可以实现单例。

<span style="font-size:12px;">public enum Singleton {INSTANCE;
    public void dosth(String arg) {
        // 逻辑代码
    }
}</span>

上述单例中，Singleton.INSTANCE就表示了一个单例。非常简单高效。

注意Java中enum关键字和C#中的enum，差别很大，C#中不能使用这种方式。