Java中的final关键字和单例设计模式_final 单例多线程-优快云博客

1. `final` 关键字

定义：final 关键字表示“最终”，用于修饰类、方法、变量，限制其扩展或修改。

1.1 `final` 的修饰范围与作用

修饰对象	作用	示例
类	该类不能被继承（最终类）	`public final class StringUtils { ... }`
方法	该方法不能被子类重写（最终方法）	`public final void init() { ... }`
变量	变量只能被赋值一次（常量）	`final int MAX_VALUE = 100;`

变量修饰的注意事项：

基本类型变量：数据不能被改变。

final int AGE = 25;
// AGE = 30; // 编译报错！

引用类型变量：地址不能被改变，但地址指向的对象内容可变。

final List<String> list = new ArrayList<>();
list.add("Java"); // 合法
// list = new LinkedList<>(); // 编译报错！

2. 常量（`static final`）

定义：使用 static final 修饰的成员变量称为常量，用于记录系统配置等不可变数据。

命名规范：

全大写字母，单词间用下划线连接（如 MAX_SIZE）。

代码示例：

public class Constant {
    public static final String SCHOOL_NAME = "传智教育";
    public static final int MAX_STUDENTS = 1000;
}

优势与原理：

可读性与维护性：通过常量名明确语义，避免魔法数值。
宏替换：编译时，常量会被替换为字面量，性能与直接使用字面量一致。

3. 单例设计模式

核心目标：确保一个类只能创建一个对象，节省内存并保证全局唯一性。

3.1 饿汉式单例

特点：类加载时立即创建对象（线程安全，但可能浪费内存）。

实现步骤：

私有化构造器。
定义静态变量存储唯一对象。
提供静态方法返回对象。

代码示例：

public class SingletonEager {
    // 1. 私有构造器
    private SingletonEager() {}
    
    // 2. 静态变量存储对象
    private static final SingletonEager INSTANCE = new SingletonEager();
    
    // 3. 静态方法返回对象
    public static SingletonEager getInstance() {
        return INSTANCE;
    }
}

3.2 懒汉式单例

特点：延迟加载，首次调用时创建对象（需解决线程安全问题）。

实现步骤：

私有化构造器。
定义静态变量但不初始化。
在静态方法中判断并创建对象（需加锁）。

代码示例（基础版，非线程安全）：

public class SingletonLazy {
    // 1. 私有构造器
    private SingletonLazy() {}
    
    // 2. 静态变量（不初始化）
    private static SingletonLazy instance;
    
    // 3. 静态方法返回对象
    public static SingletonLazy getInstance() {
        if (instance == null) {
            instance = new SingletonLazy();
        }
        return instance;
    }
}

线程安全改进（双重检查锁）：

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

3.3 单例模式的应用场景

全局配置管理：如数据库连接池、日志管理器。
工具类对象：如 Runtime.getRuntime()。
资源共享对象：如线程池、缓存对象。

优势：

避免重复创建对象，节省内存。
确保全局唯一性，避免数据不一致。

4. 总结

特性	`final` 关键字	单例模式
核心作用	限制扩展或修改	确保类只有一个实例
常见应用	常量、工具类、不可变类	全局配置管理、资源共享对象
设计要点	明确不可变性，避免误操作	构造器私有化、静态方法控制对象创建