单例模式是什么?用Java代码简单实现一下逻辑

什么是单例模式?有几种?

单例模式是一种常见的设计模式,用于确保一个类只有一个实例,并提供全局访问点。在实现单例模式时,可以根据需要选择不同的具体实现方式。

单例模式有饿汉式单例模式、懒汉式单例模式和双检锁单例模式三种。

饿汉式:线程安全的。类加载时被初始化。

public class Singleton {

    private static Singleton instance = new Singleton();

    private Singleton (){

    }

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

从代码中就能很直观的看出来,因为成员变量instance是static的,所以类加载的时候就会实例出一个对象。别的方法皆为 private 私有化的,只有一个 getInstance() 方法是 public 的,也就是说,它把自己的唯一实例做为一个成员变量,然后以此来达到单例模式的实现

懒汉式:非线程安全,延迟初始化。

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

这种和上面的类似,不过它是在第一次被调用的时候才会被实例化。这种实现方式在多线程环境中可能会引发线程安全问题,因为多个线程可能同时判断 instance 为 null,并且同时创建实例。

双检锁:线程安全,延迟初始化。

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;
    }
}

这个实现方式可以被认为是对懒汉式单例模式的完善。它引入了双重检查锁定机制,可以在多线程环境中保证线程安全,同时延迟加载实例。

第一个检查 singleton 是否为 null 是为了提高性能,在实例已经被创建的情况下,避免进入同步块。如果 singleton 为 null,则会进入同步块。

在同步块中进行第二次检查 singleton 是否为 null,这是为了防止多个线程同时通过了第一个检查,并在同步块外等待锁的情况下,又创建了多个实例。只有第一个通过了第二次检查的线程可以继续创建实例。

使用 volatile 关键字修饰 singleton 变量可以确保在多线程环境下的可见性,保证在一个线程修改了 singleton 的值之后,其他线程能够立即看到最新的值。

通过双重检查锁定和 volatile 关键字的使用,这个实现方式既实现了懒加载,又保证了线程安全性。因此,可以认为这是一个相对完善的懒汉式单例模式实现。

(这种双检锁的思想广泛被用在高并发的场景,如下单等,后续我会出一篇文章再讲讲它的应用)

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