JAVA(单例设计模式)

本文深入探讨了设计模式中的单例模式,详细解释了其实现原理:通过将构造函数私有化并创建静态实例,确保类在内存中只有一个对象。通过代码示例展示了传统对象创建与单例模式的区别。

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引入

什么是设计模式?
解决某类问题而产生的行之有效的解决方法。
(java共有23中设计模式)
什么是单例设计模式?
一个类再内存中只用一个对象。
如何体现?
首先将构造函数私有化。
其次构建一个本类对象。
提供一个方法可以获取本类对象。

代码体现

同一个类的两个对象

class A{
    private int num;

    public void setNum(int num){
        this.num=num;
    }
    public int getNum(){
        return num;
    }
    
}
public class Main {

    public static void main(String[] args){
        A a = new A();
        A b = new A();
        a.setNum(25);
        b.setNum(26);
        System.out.println(a.getNum());
        System.out.println(b.getNum());

    }
}

单例设计模式

class A{
    private int num;
    private static A s = new A();
    public static A getInstance(){
            return s;
    }
    public void setNum(int num){
        this.num=num;
    }
    public int getNum(){
        return num;
    }

}
public class Main {

    public static void main(String[] args){
        A a = A.getInstance();
        A b = A.getInstance();
        a.setNum(25);
        System.out.println(a.getNum());
        System.out.println(b.getNum());

    }
}

### Java 单例设计模式的实现与使用 #### 1. **单例设计模式概述** 单例设计模式是一种创建型设计模式,其核心目标是确保一个类在整个应用程序生命周期中只有一个实,并提供一个全局访问点来获取这个实[^2]。这种模式通常用于需要控制资源分配的场景,如数据库连接池、线程池等。 --- #### 2. **模式的核心特性** - **唯一性**:类只能有一个实。 - **自我管理**:类负责创建并维护自身的唯一实。 - **全局访问**:通过静态方法或其他机制向外界提供对该唯一实的访问[^4]。 --- #### 3. **常见实现方式** ##### (1) **饿汉式(Eager Initialization)** 饿汉式是最简的一种模式实现方式。在类加载时就初始化实,因此不存在线程安全问题。 ```java public class Singleton { // 静态变量保存唯一实 private static final Singleton instance = new Singleton(); // 私有构造函数防止外部实化 private Singleton() {} // 提供全局访问点 public static Singleton getInstance() { return instance; } } ``` 这种方式的优点是实现简,缺点是无论是否需要用到该实都会提前创建,可能会浪费资源[^5]。 --- ##### (2) **懒汉式(Lazy Initialization)** 懒汉式只有在第一次调用 `getInstance()` 方法时才会创建实,适用于延迟加载的场景。 ```java public class Singleton { // 使用 volatile 关键字保证多线程环境下的可见性和有序性 private static volatile Singleton instance; // 私有构造函数防止外部实化 private Singleton() {} // 双重检查锁定(Double-Checked Locking) public static Singleton getInstance() { if (instance == null) { // 第一次检查 synchronized (Singleton.class) { if (instance == null) { // 第二次检查 instance = new Singleton(); } } } return instance; } } ``` 这种方法解决了资源浪费的问题,但引入了双重检查锁机制以确保线程安全性[^5]。 --- ##### (3) **静态内部类实现** 静态内部类的方式既实现了延迟加载,又避免了同步带来的性能开销。 ```java public class Singleton { // 私有构造函数防止外部实化 private Singleton() {} // 定义静态内部类,在首次调用 getInstance() 时才加载 private static class SingletonHolder { private static final Singleton INSTANCE = new Singleton(); } // 提供全局访问点 public static Singleton getInstance() { return SingletonHolder.INSTANCE; } } ``` 这种方式利用 JVM 的类加载机制保证了线程安全,同时实现了按需加载[^5]。 --- ##### (4) **枚举实现** 枚举实现被认为是最佳实践之一,因为它不仅简洁明了,还能天然抵抗反射攻击和序列化破坏。 ```java public enum SingletonEnum { INSTANCE; private String data; public String getData() { return data; } public void setData(String data) { this.data = data; } } ``` 枚举类型的天生具备线程安全性和反序列化的保护能力[^3]。 --- #### 4. **应用场景** - 数据库连接池:确保多个模块共享同一个连接池实。 - 日志记录器:集中管理和输出日志信息。 - 配置管理器:统一读取和解析配置文件的内容。 - 线程池:合理分配有限的线程资源。 --- #### 5. **注意事项** - **线程安全**:对于懒汉式和其他动态加载的实现方式,必须考虑并发环境下可能产生的问题。 - **序列化与反序列化**:如果类支持序列化/反序列化功能,应重写 `readResolve` 方法以防止多次实化。 - **反射攻击**:可以通过将构造函数声明为私有,并抛出异常的方式来阻止非法实化。 --- ### 示代码总结 以下展示了四种不同实现方式的对比: | 实现方式 | 是否延迟加载 | 线程安全 | 复杂度 | |----------------|--------------|------------------|--------| | 饿汉式 | 否 | 是 | ★ | | 懒汉式 | 是 | 需要额外处理 | ★★ | | 静态内部类 | 是 | 自然线程安全 | ★★★ | | 枚举实现 | 是 | 最佳实践 | ★★★★ | ---
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