单例模式的几种实现方式

单例模式的实现有多种方式,如下所示:

1、懒汉式,线程不安全

**是否 Lazy 初始化:**是

**是否多线程安全:**否

**实现难度:**易

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。

这种方式 lazy loading 很明显,不要求线程安全,在多线程不能正常工作。

java 复制代码
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

**是否 Lazy 初始化:**是

**是否多线程安全:**是

**实现难度:**易

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)。

java 复制代码
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

**是否 Lazy 初始化:**否

**是否多线程安全:**是

**实现难度:**易

描述: 这种方式比较常用,但容易产生垃圾对象。

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。

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。

java 复制代码
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)

**JDK 版本:**JDK1.5 起

**是否 Lazy 初始化:**是

**是否多线程安全:**是

**实现难度:**较复杂

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。

java 复制代码
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

**是否 Lazy 初始化:**是

**是否多线程安全:**是

**实现难度:**一般

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。

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,它跟第 3 种方式不同的是:第 3 种方式只要 Singleton 类被装载了,那么 instance 就会被实例化(没有达到 lazy loading 效果),而这种方式是 Singleton 类被装载了,instance 不一定被初始化。因为 SingletonHolder 类没有被主动使用,只有通过显式调用 getInstance 方法时,才会显式装载 SingletonHolder 类,从而实例化 instance。想象一下,如果实例化 instance 很消耗资源,所以想让它延迟加载,另外一方面,又不希望在 Singleton 类加载时就实例化,因为不能确保 Singleton 类还可能在其他的地方被主动使用从而被加载,那么这个时候实例化 instance 显然是不合适的。这个时候,这种方式相比第 3 种方式就显得很合理。

java 复制代码
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

**JDK 版本:**JDK1.5 起

**是否 Lazy 初始化:**否

**是否多线程安全:**是

**实现难度:**易

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。

这种方式是 Effective Java 作者 Josh Bloch 提倡的方式,它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。不过,由于 JDK1.5 之后才加入 enum 特性,用这种方式写不免让人感觉生疏,在实际工作中,也很少用。

不能通过 reflection attack 来调用私有构造方法。

java 复制代码
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。

相关推荐
Lyndon-李大鹏25 分钟前
QT-VS环境
开发语言·qt
摇滚侠38 分钟前
Java 全栈开发实战教程 课程笔记 34-36
java·笔记
芝士熊爱编程43 分钟前
创建型模式-单例模式
java·单例模式·设计模式
大模型码小白1 小时前
Spring AI 框架实战:Java 后端集成大模型的架构设计与工程落地
java·人工智能·python·spring
微学AI1 小时前
内网穿透的应用-把飞牛NAS变成家庭录像中心:EasyNVR部署与远程回放实战
开发语言·php
峥嵘life1 小时前
Android WiFi连接过程 wpa_supplicant 日志分析
android·开发语言·php
BerryS3N1 小时前
深度解析:从零构建生产级大模型 RAG(检索增强生成)系统全栈指南
开发语言·python·ai
weixin_BYSJ19871 小时前
「课设设计」springboot校园超市助购系统26449 (附源码)
java·javascript·spring boot·python·django·flask·php
栋***t1 小时前
从“纸质试卷”到“AI智能组卷”,麦塔在线考试系统如何重构出题逻辑?
java·大数据·人工智能·算法·重构
今儿敲了吗1 小时前
Python——函数基础
开发语言·笔记·python