单例模式——六种实现方式(懒汉、饿汉、双重检验锁、静态内部类、枚举)

单例模式

单例模式(Singleton Pattern)是 Java 中最简单的设计模式之一。这种类型的设计模式属于创建型模式,它提供了一种创建对象的最佳方式。这种模式涉及到一个单一的类,该类负责创建自己的对象,同时确保只有单个对象被创建。这个类提供了一种访问其唯一的对象的方式,可以直接访问,不需要实例化该类的对象。

优点: 1、在内存里只有一个实例,减少了内存的开销,尤其是频繁的创建和销毁实例(比如管理学院首页页面缓存)。 2、避免对资源的多重占用(比如写文件操作)。

缺点:没有接口,不能继承,与单一职责原则冲突,一个类应该只关心内部逻辑,而不关心外面怎么样来实例化。

使用场景: 1、要求生产唯一序列号。 2、WEB 中的计数器,不用每次刷新都在数据库里加一次,用单例先缓存起来。 3、创建的一个对象需要消耗的资源过多,比如 I/O 与数据库的连接等。

单例模式的六种实现方式

1、懒汉式,线程不安全

描述:这种方式是最基本的实现方式,这种实现最大的问题就是不支持多线程。因为没有加锁 synchronized,所以严格意义上它并不算单例模式。不要求线程安全,在多线程不能正常工作。

代码:

public class Singleton {

           private static Singleton instance;

           private Singleton (){}

           public static Singleton getInstance() {

                      if (instance == null) {

                              instance = new Singleton();

                      }

                      return instance;

             }

   }

接下来介绍的几种实现方式都支持多线程,但是在性能上有所差异。

2、懒汉式,线程安全

描述:这种方式具备很好的 lazy loading,能够在多线程中很好的工作,但是,效率很低,99% 情况下不需要同步。

优点:第一次调用才初始化,避免内存浪费。

缺点:必须加锁 synchronized 才能保证单例,但加锁会影响效率。getInstance() 的性能对应用程序不是很关键(该方法使用不太频繁)。

代码:

public class Singleton {

           private static Singleton instance; 

           private Singleton (){}

           public static synchronized Singleton getInstance() {

                      if (instance == null) {

                               instance = new Singleton();

                      }

                      return instance;

            }

}

3、饿汉式

描述:这种方式比较常用,但容易产生垃圾对象。它基于 classloader 机制避免了多线程的同步问题,不过,instance 在类装载时就实例化,虽然导致类装载的原因有很多种,在单例模式中大多数都是调用 getInstance 方法, 但是也不能确定有其他的方式(或者其他的静态方法)导致类装载,这时候初始化 instance 显然没有达到 lazy loading 的效果。

优点:没有加锁,执行效率会提高。

缺点:类加载时就初始化,浪费内存。

代码:

public class Singleton {

           private static Singleton instance = new Singleton();

           private Singleton (){}

           public static Singleton getInstance() {

                      return instance;

           }

}

4、双检锁/双重校验锁(DCL,即 double-checked locking)

描述:这种方式采用双锁机制,安全且在多线程情况下能保持高性能。getInstance() 的性能对应用程序很关键。

代码:

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;

               }

}

5、登记式/静态内部类

描述:这种方式能达到双检锁方式一样的功效,但实现更简单。对静态域使用延迟初始化,应使用这种方式而不是双检锁方式。这种方式只适用于静态域的情况,双检锁方式可在实例域需要延迟初始化时使用。

代码:

public class Singleton {

           private static class SingletonHolder {

                        private static final Singleton INSTANCE = new Singleton();

             }

           private Singleton (){}

           public static final Singleton getInstance() {

                      return SingletonHolder.INSTANCE;

            }

}

6、枚举

描述:这种实现方式还没有被广泛采用,但这是实现单例模式的最佳方法。它更简洁,自动支持序列化机制,绝对防止多次实例化。在实际工作中,也很少用。

代码:

public enum Singleton {

           INSTANCE;

           public void whateverMethod() { }

}

 

经验之谈:一般情况下,不建议使用第 1 种和第 2 种懒汉方式,建议使用第 3 种饿汉方式。只有在要明确实现 lazy loading 效果时,才会使用第 5 种登记方式。如果涉及到反序列化创建对象时,可以尝试使用第 6 种枚举方式。如果有其他特殊的需求,可以考虑使用第 4 种双检锁方式。

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