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java：单例模式的五种实现方式[通俗易懂]

JAVA模式 实现 通俗易懂 方式 单例 五种
2023-06-13 09:12:14 时间

大家好，又见面了，我是你们的朋友全栈君。

目录

1. 概述

java单例模式是一种常见的设计模式。

单例模式有以下特点：

  1. 单例类只能有一个实例；
  2. 单例类必须自己创建自己的唯一实例；
  3. 单例类必须给所有其他对象提供这一实例；

2. 优缺点

  • 优点：由于单例模式只生成了一个实例，所以能够节约系统资源，减少性能开销，提高系统运行效率。
  • 缺点：因为系统中只有一个实例，导致了单例类的职责过重，违背了“单一职责原则”，同时不利于扩展。

3. 单例模式实现方式

常见的单例模式实现方式有五种：饿汉式、懒汉式、双重检测锁、静态内部类和枚举单例。

3.1 饿汉式

public class SingletonDemoInHunger { 
   
	
	// 私有实例，类初始化就加载
	private static SingletonDemoInHunger instance = new SingletonDemoInHunger();
	
	// 私有构造方法
	private SingletonDemoInHunger() { 
   }
	
	// 公共的、静态的获取实例方法
	public static SingletonDemoInHunger getInstance() { 
   
		return instance;
	}
}

饿汉式：

  • 类加载时就初始化，浪费内存，不能延迟加载；
  • 基于 classloader 机制避免了多线程的同步问题，线程安全；
  • 没有加锁，调用效率高。

3.2 懒汉式

public class SingletonDemoInLazy { 
   
	
	// 私有实例,初始化的时候不加载（延迟加载）
	private static SingletonDemoInLazy instance;
	
	// 私有构造
	private SingletonDemoInLazy() { 
   }
	
	// 公共获取实例方法（线程不安全）
	public static SingletonDemoInLazy getInstance() { 
   
		if(instance == null ) { 
    // 使用的时候加载
			instance = new SingletonDemoInLazy();
		}
		return instance;
	}
}

上面这种写法，是线程不安全的，但是可以做到延迟加载。

下面是线程安全的懒汉模式：

public class SingletonDemoInLazy { 
   
	
	// 私有实例,初始化的时候不加载（延迟加载）
	private static SingletonDemoInLazy instance;
	
	// 私有构造
	private SingletonDemoInLazy() { 
   }
	
	// 公共获取实例方法（线程安全，调用效率低）
	public synchronized static SingletonDemoInLazy getInstance() { 
   
		if(instance == null ) { 
   
			instance = new SingletonDemoInLazy();
		}
		return instance;
	}
}

上面代码中，通过关键字synchronized声明公共的获取实例的方法getInstance()，可以确保线程安全，能做到延迟加载，但是效率不高。

3.3 double-checked locking（双重检查锁）

public class SingletonDemoInDoubleCheckLock { 
   
	
	// 私有实例，volatile关键字，禁止指令重排。
	private volatile static SingletonDemoInDoubleCheckLock instance;
	
	// 私有构造
	private SingletonDemoInDoubleCheckLock() { 
   }
		
	// 公共获取实例方法（线程安全）
	public static SingletonDemoInDoubleCheckLock getInstance() { 
   
		if(instance == null ) { 
    // 一重检查
			synchronized (SingletonDemoInDoubleCheckLock.class) { 
   
				if(instance == null) { 
    // 二重检查
					instance = new SingletonDemoInDoubleCheckLock();
				}
			}
		}
		return instance;
	}
}

在加锁之前判断是否为空，可以确保 instance 不为空的情况下，不用加锁，可以直接返回。

加锁之后，还需要判断 instance 是否为空，是为了防止在多线程并发的情况下，会实例化多个对象。例如：线程 a 和线程 b 同时调用 getInstance 方法，假如同时判断 instance 都为空，这时会同时进行抢锁。假如线程 a 先抢到锁，开始执行 synchronized 关键字包含的代码，此时线程 b 处于等待状态。线程 a 创建完新实例了，释放锁了，此时线程 b 拿到锁，进入 synchronized 关键字包含的代码，如果没有再判断一次 instance 是否为空，则可能会重复创建实例。

双重检查锁：

  • 双重判断，延迟加载；
  • 线程安全；
  • JDK 版本要求1.5起。

3.4 静态内部类

public class SingletonDemoInStaticInnerClass { 
   
	
	// 静态内部类
	private static class InnerClass{ 
   
		// 初始化实例
		private final static SingletonDemoInStaticInnerClass INSTANCE = new SingletonDemoInStaticInnerClass();
	}
	
	// 私有构造
	private SingletonDemoInStaticInnerClass() { 
   }
	
	// 公关获取实例方法（线程安全，延迟加载）
	public static SingletonDemoInStaticInnerClass getInstance() { 
   
		return InnerClass.INSTANCE;
	}
}

静态内部类：

  • 利用了classloader机制来保证初始化 instance 时只有一个线程，线程安全；
  • 只有通过显式调用 getInstance 方法时，才会显式装载静态内部类，从而实例化instance，延迟加载。

3.5 枚举

public enum SingletonEnum { 
   
	
	// 枚举元素本身就是单例 
	INSTANCE;
	
	
	// 其他要执行的方法
	public void sayHello() { 
   
		System.out.println("你好");
	}
	......
}

枚举：这是实现单例模式的最佳方法。它更简洁，不仅能避免多线程同步问题，而且还自动支持序列化机制，防止反序列化重新创建新的对象，绝对防止多次实例化。但是不是延迟加载的。

如何选用哪种方式实现单例模式？ 一般情况下，不建议懒汉式，建议使用饿汉式；只有在要明确实现延迟加载效果时，才会使用静态内部类；如果涉及到反序列化创建对象时，可以尝试使用枚举；如果有其他特殊的需求，可以考虑使用双重检查锁。

发布者：全栈程序员栈长，转载请注明出处：https://javaforall.cn/156328.html原文链接：https://javaforall.cn

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