Java 实现单例模式的几种方式

朱雀 2023-10-09 20:43 146阅读 0赞

在面向对象的编程中，单例模式是一种常见的设计模式，它可以确保一个类只有一个实例，并提供了一个全局访问点。在Java中，单例模式有多种实现方式，本文将介绍其中的几种方式，并提供相应的示例代码。

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### 饿汉式单例模式 ###

饿汉式单例模式是最简单的一种实现方式，它在类加载时就创建了一个对象，并在需要时直接返回该对象。该方式的代码如下所示：

public class Singleton {
        private static final Singleton instance = new Singleton();
    
        private Singleton() {
            // 私有构造函数
        }
    
        public static Singleton getInstance() {
            return instance;
        }
    }

在该实现方式中，instance字段是一个私有的静态常量，它在类加载时就被初始化为一个Singleton对象。getInstance()方法返回该对象，以确保只有一个实例存在。

该实现方式的优点是非常简单易用，可以保证线程安全。但是它的缺点是当类加载时就创建了一个对象，无论是否需要，这会浪费一定的系统资源。

### 懒汉式单例模式 ###

懒汉式单例模式是另一种常见的实现方式，它在需要时才创建对象。该方式的代码如下所示：

public class Singleton {
        private static Singleton instance;
    
        private Singleton() {
            // 私有构造函数
        }
    
        public static synchronized Singleton getInstance() {
            if (instance == null) {
                instance = new Singleton();
            }
            return instance;
        }
    }

在该实现方式中，instance字段是一个私有的静态变量，它在第一次调用getInstance()方法时才被初始化为一个Singleton对象。getInstance()方法使用synchronized关键字来确保线程安全。

该实现方式的优点是只有在需要时才创建对象，可以节约系统资源。但是它的缺点是当多个线程同时调用getInstance()方法时，可能会出现线程安全问题，因为在一个线程创建对象时，其他线程可能会同时访问instance字段。

### 双重检查锁定单例模式 ###

双重检查锁定单例模式是一种更高效的实现方式，它在需要时才创建对象，并使用双重检查来确保线程安全。该方式的代码如下所示：

public class Singleton {
        private static volatile Singleton instance;
    
        private Singleton() {
            // 私有构造函数
        }
    
        public static Singleton getInstance() {
            if (instance == null) {
                synchronized (Singleton.class) {
                    if (instance == null) {
                        instance = new Singleton();
                    }
                }
            }
            return instance;
        }
    }

在该实现方式中，instance字段是一个私有的静态变量，它使用volatile关键字来确保可见性。getInstance()方法首先检查instance是否已经被初始化，如果没有，则使用synchronized关键字锁定类对象，然后再次检查instance是否已经被初始化。如果没有，就创建一个Singleton对象，并将其赋值给instance字段。

该实现方式的优点是既可以在需要时才创建对象，又可以确保线程安全。但是它的缺点是在某些JVM中，双重检查锁定可能会出现问题，因为JVM在创建对象和赋值给instance字段这两个操作之间可能会进行重排序，从而导致其他线程访问到一个未完全初始化的对象。

### 静态内部类单例模式 ###

静态内部类单例模式是一种更加优雅的实现方式，它使用静态内部类来延迟初始化，从而避免了线程安全问题。该方式的代码如下所示：

public class Singleton {
        private Singleton() {
            // 私有构造函数
        }
    
        private static class SingletonHolder {
            private static final Singleton instance = new Singleton();
        }
    
        public static Singleton getInstance() {
            return SingletonHolder.instance;
        }
    }

在该实现方式中，Singleton类的构造函数是私有的，而SingletonHolder类是一个静态内部类，它在需要时才创建Singleton对象。getInstance()方法返回SingletonHolder.instance，以确保只有一个实例存在。

该实现方式的优点是既可以在需要时才创建对象，又可以确保线程安全。而且它的代码非常简洁优雅。但是它的缺点是如果Singleton类的构造函数中抛出异常，可能会导致SingletonHolder类未被完全初始化。

### 总结 ###

在Java中，单例模式有多种实现方式，每种方式都有其优点和缺点。饿汉式单例模式简单易用，但可能会浪费系统资源；懒汉式单例模式可以节约系统资源，但可能会出现线程安全问题；双重检查锁定单例模式既可以在需要时才创建对象，又可以确保线程安全，但在某些JVM中可能会出现问题；静态内部类单例模式既可以在需要时才创建对象，又可以确保线程安全，而且代码简洁优雅。根据具体的需求，选择合适的实现方式非常重要。

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