设计模式-单例模式

Jensen 2024-01-18 17:18:52 Java Java, 设计模式

前言

在Java开发中，设计模式是常用的一种编码方式，合理使用设计模式可以帮助开发人员更快地编写出高效、可靠和可维护的代码。本期将撰写一个关于设计模式的系列文章，总共23种设计模式将以一篇一篇文章讲解，代码笔记已开源至：Gitee点击跳转。本文是这个系列的第一篇章，我们将讲解一下单例模式的实现方式、应用场景以及它的用途。

单例模式

单例模式是一种创建型设计模式，它确保一个类只有一个实例，并提供一个全局访问点供外部代码获取该实例。这种模式的主要目的是限制某个类的实例化过程只能发生一次，避免多次创建相同对象，确保在整个应用程序中只存在一个唯一实例。

应用场景

资源管理器：例如，数据库连接池、线程池等资源的管理，确保全局只有一个资源池。
配置管理器：在系统中负责读取配置信息，保持全局唯一性，避免多次读取配置文件。
日志记录器：用于记录系统日志，保持唯一的记录器实例，确保日志信息一致性。

代码实现

懒汉式

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。

public class Singleton {
    private static Singleton instance;
    public Singleton() {}
    public static Singleton getInstance(){
        if (instance == null)
            instance = new Singleton();
        return instance;
    }
}

要想懒汉式单例能够在多线程中很好的工作，得对getInstance方法加锁synchronized，但是效率很低。

饿汉式

这种方式是线程安全的方式，因为它是基于 classloader 机制避免了多线程的同步问题。就是有点浪费资源，因为在类加载的时候就初始化了。

public class Singleton {
    private static final Singleton instance = new Singleton();
    public Singleton() {}
    public static Singleton getInstance(){
        return instance;
    }
}

静态内部类

这种方式同样利用了 classloader 机制来保证初始化 instance 时只有一个线程。因为SingletonHolder是一个静态内部类，它包含一个静态的INSTANCE成员变量，用于存储单例对象。在第一次调用getInstance方法时，静态内部类会被加载，从而创建单例对象。这种方式既达到了线程安全又兼顾了延迟加载的需求。

public class Singleton {
    public Singleton() {}
    public static Singleton getInstance(){
        return SingletonHolder.INSTANCE;
    }
    private static class SingletonHolder{
        public static final Singleton INSTANCE = new Singleton();
    }
}

双重校验锁

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。

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

枚举方式

这种方式用的比较少，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。

public enum Singleton {  
    INSTANCE;  
    public void whateverMethod() {  
    }  
}

结尾

一般情况下，不建议使用懒汉式，建议使用饿汉式。只有在要明确实现 lazy loading 效果时，才会使用静态内部类方式。如果涉及到反序列化创建对象时，可以尝试使用枚举方式。如果有其他特殊的需求，可以考虑使用双重校验锁方式。选择哪种实现方式需要根据具体需求来决定，需要综合考虑线程安全、性能、代码复杂度、延迟加载等因素。

推荐订阅源

牛牛技术客栈