Java 中实现单例模式

单例模式

单例模式,就是一个类在任何情况下绝对只有一个实例,并且提供一个全局访问点来获取该实例。
要实现单例,至少需要满足两个点:
  • 私有化构造方法,防止被外部实例化造成多实例问题
  • 提供一个静态方位作为全局访问点来获取唯一的实例对象
在 Java 里面,至少有 6 种方法来实现单例。

实现

第一种

第一种, 是最简单的实现,通过延迟加载的方式进行实例化,并且增加了同步 锁机制避免多线程环境下 的线程安全问题.
public class Singleton {private static  Singleton instance;private Singleton(){}public static  synchronized Singleton getInstance(){if (instance == null){instance=new Singleton();}return instance;}
}
但是这种加锁会造成性能问题,而且同步锁只有在第一次实例化的时候才产生作用,后续不需要。

第二种

第二种,通过双重检查锁的方式,减少了锁的范围来提升性能 

public class Singleton {private volatile static 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;}
}

instance 使用 volatile 关键字修饰,以确保多线程环境下的可见性和有序性。

使用volatile关键字修饰instance变量,主要是为了保证在多线程环境下获取单例实例的可见性和有序性。具体来说:

  1. 可见性:当一个线程第一次访问getInstance()方法时,如果instancenull,那么该线程将进入同步块并创建实例。这个写操作对于其他线程来说是可见的,即它们将立即看到instance的新值。这就避免了在一个线程创建实例后,其他线程仍然看到instancenull的情况。

  2. 有序性:在双重检查锁中,由于编译器和处理器的优化行为,可能会发生指令重排序。如果没有使用volatile关键字修饰instance,那么在某些情况下,其他线程可能会看到指令重排后的顺序,从而导致单例实例的未完全初始化。而使用volatile修饰instance后,禁止了这种指令重排序优化,保证了实例的完整性。

第三种

第三种,通过饿汉式实现单例。这种方式在类加载的时候就触发了实例化,从而避免了多线程同步问题。 
public class Singleton {private static Singleton instance=new Singleton();private Singleton(){}public static  Singleton getInstance(){return instance;}}

第四种

第四种,通过在静态块里面实例化,而静态块是在类加载的时候触发执行的,所以也只会执行一
次。
public class Singleton {private static Singleton instance = null;static {instance=new Singleton();}private Singleton(){}public Singleton getInstance(){return instance;}}
上面两种方式,都是在类加载的时候初始化,没有达到延迟加载的效果,当然本身影响不大。

第五种

由于静态内部类只有调用静态内部类的方法,静态域,或者构造方法的时候才会加载静态内部类。
public class Singleton {private static class SingletonHolder{private static final Singleton INSTANCE=new Singleton();}private Singleton(){}public static final Singleton getInstance(){return SingletonHolder.INSTANCE;}
}
所以当 Singleton 被加载的时候不会初始化 INSTANCE,从而实现了延迟加载。

第六种

我们还可以使用枚举类来实现。
public enum Singleton {INSTANCE;// 添加其他成员变量和方法public void doSomething() {// 单例实例的操作}
}
这种写法既能避免多线程同步问题,又能防止反序列化重新创建新对象,也是一个比较好的方案。

总结

我认为大体分为 3 种方式来实现单例:
  • 第一种是通过双重检查锁的方式,它是一种线程安全并且是延迟实例化的方式,但是因为加锁,所以会有性能上的影响。
  • 第二种是通过静态内部类的方式实现,它也是一种延迟实例化,由于它是静态内部类,所以只会使用的时候加载一次,不存在线程安全问题。
  • 第三种是通过枚举类的方式实现,它既是线程安全的,又能防止反序列化导致破坏单例问题
多线程、克隆、反序列化、反射,都有可能会造成单例的破坏。而我认为,通过枚举的方式实现单例,是能够解决所有可能被破坏的情况。

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