设计模式---单例模式

最新推荐文章于 2025-04-29 10:12:49 发布

原创最新推荐文章于 2025-04-29 10:12:49 发布 · 91 阅读

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单例模式:

在它的核心结构中只包含一个被称为单例的特殊类。通过单例模式可以保证系统中一个类只有一个实例。这一模式的目的是使得类的一个对象成为系统中的唯一实例。要实现这一点，可以从客户端对其进行实例化开始。因此需要用一种只允许生成对象类的唯一实例的机制，“阻止”所有想要生成对象的访问。使用工厂方法来限制实例化过程。这个方法应该是静态方法（类方法），因为让类的实例去生成另一个唯一实例毫无意义

饿汉式:

这种实现方式适合那些在初始化时就要用到单例的情况，这种方式简单粗暴，如果单例对象初始化非常快，而且占用内存非常小的时候这种方式是比较合适的，可以直接在应用启动时加载并初始化。但是，如果单例初始化的操作耗时比较长而应用对于启动速度又有要求，或者单例的占用内存比较大，再或者单例只是在某个特定场景的情况下才会被使用，而一般情况下是不会使用时，使用饿汉式的单例模式就是不合适的，这时候就需要用到懒汉式的方式去按需延迟加载单例。

//只有内部类可以为static。
public class SingleEH {
    //在自己的内部定义自己的一个实例,只供内部调用
    private static final SingleEH instance = new SingleEH();
    private SingleEH(){
    }
    //这里提供了一个供外部访问本class的静态方法，可以直接访问
    public static SingleEH getInstance(){
        return  instance;
    }
}

懒汉式:

懒汉式与饿汉式的最大区别就是将单例的初始化操作，延迟到需要的时候才进行，这样做在某些场合中有很大用处。比如某个单例用的次数不是很多，但是这个单例提供的功能又非常复杂，而且加载和初始化要消耗大量的资源，这个时候使用懒汉式就是非常不错的选择。

public class SingleLH {
    public static SingleLH instance = null;
    public static synchronized SingleLH getInstance(){
        // 这个方法比上面有所改进，不用每次都进行生成对象，只是第一次  
        // 使用时生成实例，提高了效率！ 
        if (instance == null){
            instance = new SingleLH();
        }
        return instance;
    }
}

多线程下的单例模式

上面介绍了一些单例模式的基本应用方法，但是上面所说的那些使用方式都是有一个隐含的前提，那就是他们都是应用在单线程条件下，一旦换成了多线程就有出错的风险。

如果在多线程的情况下，饿汉式不会出现问题，因为JVM只会加载一次单例类，但是懒汉式可能就会出现重复创建单例对象的问题。为什么会有这样的问题呢？因为懒汉式在创建单例时是线程不安全的，多个线程可能会并发调用他的newInstance方法导致多个线程可能会创建多份相同的单例出来。

那有没有办法，使懒汉式的单利模式也是线程安全的呢？答案肯定是有的，就是使用加同步锁的方式去实现

懒汉式同步锁:

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

这种是最常见的解决同步问题的一种方式，使用同步锁synchronized (Singleton.class)防止多线程同时进入造成instance被多次实例化

双重校验锁

public class SingletSCS {
    private static volatile SingletSCS instance = null;
    private SingletSCS(){
    }

    public static SingletSCS getInstance() {
        // if already inited, no need to get lock everytime
        if (instance == null) {
            synchronized (SingletSCS.class) {
                if (instance == null) {
                    instance = new SingletSCS();
                }
            }
        }
        return instance;
    }
}

可以看到上面在synchronized (Singleton.class)外又添加了一层if，这是为了在instance已经实例化后下次进入不必执行synchronized (Singleton.class)获取对象锁，从而提高性能。

以上两种方式还是挺麻烦的，我们不禁要问，有没有更好的实现方式呢？答案是肯定的。我们可以利用JVM的类加载机制去实现。在很多情况下JVM已经为我们提供了同步控制，比如：

在static{}区块中初始化的数据
访问final字段时
等等

因为在JVM进行类加载的时候他会保证数据是同步的，我们可以这样实现：

采用内部类，在这个内部类里面去创建对象实例。这样的话，只要应用中不使用内部类 JVM 就不会去加载这个单例类，也就不会创建单例对象，从而实现懒汉式的延迟加载和线程安全。

实现代码如下：

静态内部类

public class Singleton{
    //内部类，在装载该内部类时才会去创建单利对象
    private static class SingletonHolder{
        public static Singleton instance = new Singleton();
    }

    private Singleton(){}

    public static Singleton newInstance(){
        return SingletonHolder.instance;
    }

    public void doSomething(){
        //do something
    }
}

这样实现出来的单例类就是线程安全的，而且使用起来很简洁，麻麻再也不用担心我的单例不是单例了。

然而这还不是最简单的方式，Effective Java中推荐了一种更简洁方便的使用方式，就是使用枚举。

枚举类型单例模式

public enum Singleton{
    //定义一个枚举的元素，它就是Singleton的一个实例
    instance;

    public void doSomething(){
        // do something ...
    }    
}

使用方法如下：

public static void main(String[] args){
   Singleton singleton = Singleton.instance;
   singleton.doSomething();
}

默认枚举实例的创建是线程安全的.(创建枚举类的单例在JVM层面也是能保证线程安全的), 所以不需要担心线程安全的问题，所以理论上枚举类来实现单例模式是最简单的方式。

总结

一般单例模式包含了5种写法，分别是饿汉、懒汉、双重校验锁、静态内部类和枚举。相信看完之后你对单例模式有了充分的理解了，根据不同的场景选择最你最喜欢的一种单例模式吧！