单例模式的写法

单例模式(Singleton Pattern)是一种设计模式,确保一个类只有一个实例,并提供一个全局访问点。常用于管理共享资源(如数据库连接、配置文件、线程池等)。在实际编码中,有多种实现单例模式的方法,下面我会展示几种常见的写法。

1. 懒汉式(Lazy Initialization)

懒汉式单例模式只有在第一次使用实例时才会创建实例。懒汉式通常是延迟加载,但可能会存在线程安全问题,需要注意。

普通懒汉式(线程不安全)
public class Singleton { private static Singleton instance; // 私有构造函数,防止外部实例化 private Singleton() {} // 获取实例的方法 public static Singleton getInstance() { if (instance == null) { instance = new Singleton(); } return instance; } }

这个写法在单线程环境下是有效的,但在多线程环境下,如果多个线程同时进入 if (instance == null) 判断,可能会创建多个实例。因此需要考虑线程安全问题。

线程安全的懒汉式
 
public class Singleton { private static Singleton instance; private Singleton() {} public static synchronized Singleton getInstance() { if (instance == null) { instance = new Singleton(); } return instance; } }

通过 synchronized 关键字确保线程安全,但同步锁会带来性能开销,影响效率。

双重检查锁(推荐)
 
public class Singleton { private static volatile Singleton instance; private Singleton() {} public static Singleton getInstance() { if (instance == null) { synchronized (Singleton.class) { if (instance == null) { instance = new Singleton(); } } } return instance; } }

这种方式称为双重检查锁定(Double-Checked Locking)。volatile 关键字确保变量的可见性,避免出现指令重排序的问题。

2. 饿汉式(Eager Initialization)

饿汉式单例模式在类加载时就创建实例,线程安全且不需要同步,但不能延迟实例化。

 
public class Singleton { // 类加载时即初始化实例 private static final Singleton instance = new Singleton(); private Singleton() {} public static Singleton getInstance() { return instance; } }

优点是线程安全,并且实现简单。缺点是如果实例的创建过程比较重或者类加载时不一定会用到实例,就会造成浪费。

3. 静态内部类(推荐)

静态内部类方式是推荐的单例模式实现方式,它结合了饿汉式的优点和懒汉式的延迟加载特性。类加载时不会立即创建实例,只有在 getInstance() 被调用时才会加载静态内部类并创建实例。此方法实现线程安全,且没有同步带来的性能问题。

 
public class Singleton {private Singleton() {
} private static class SingletonHelper 
{ // 静态内部类仅在第一次使用时加载 private static final Singleton INSTANCE = new Singleton(); } public static Singleton getInstance() { return SingletonHelper.INSTANCE; } }

静态内部类的加载是由 JVM 保证的,即线程安全,并且延迟加载。

4. 枚举式(Effective Java 推荐)

枚举实现单例模式是最简单和最安全的方式,能够防止反序列化、反射攻击等问题。它由 JVM 保证线程安全和单例性。

public enum Singleton { INSTANCE; public void someMethod() { // 实现某些方法 } }

枚举类型在 Java 中是唯一的实例,JVM 会自动处理枚举的创建、序列化和反射问题,因此这种方式既简单又安全。

总结

  • 懒汉式:延迟加载,线程安全性差(需要双重检查锁定)。
  • 饿汉式:类加载时立即创建实例,线程安全,但浪费资源(如果实例不常用)。
  • 静态内部类:延迟加载,线程安全,不存在性能问题,推荐使用。
  • 枚举式:最安全、最简洁,JVM 保证唯一性,适合用于单例模式。

通常推荐使用 静态内部类枚举式,它们具有较高的性能并能避免常见的错误。

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