设计模式之单例模式

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	单例模式(Singleton Pattern)是 Java 中常用的一种设计模式,它的核心思想是确
保一个类仅有一个实例,并提供一个全局访问点来获取这个唯一的实例。单例模式在需
要控制资源访问,或者实现全局缓存等场景中非常有用。

一、单例模式的实现方式

单例模式有多种实现方式,但主要可以归纳为懒汉式、饿汉式、双重检查锁定(Double-Checked Locking)、静态内部类、枚举等几种。

1. 懒汉式(线程不安全)

懒汉式单例模式在第一次使用时才创建实例,但这种方式在多线程环境下是不安全的。

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

2. 懒汉式(线程安全)

通过在 getInstance() 方法上添加 synchronized 关键字来保证线程安全,但这种方式效率较低。

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

3. 双重检查锁定(Double-Checked Locking)

双重检查锁定模式既保证了线程安全,又避免了每次调用 getInstance() 时都进行同步,从而提高了效率。

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

注意:这里使用了 volatile 关键字来禁止指令重排序,确保 instance 变量在多线程环境下的可见性和有序性。

4. 饿汉式

饿汉式单例模式在类加载时就完成了实例的初始化,所以它是线程安全的。

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

5. 静态内部类

静态内部类方式利用了 classloder 的机制来保证初始化实例时只有一个线程,既实现了延迟加载,又保证了线程安全。

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

6. 枚举

枚举方式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,即使在面对复杂的序列化或反射攻击的时候。

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

总结

单例模式是一种常用的设计模式,用于确保一个类只有一个实例,并提供一个全局访问点。在实现单例模式时,需要考虑线程安全、延迟加载等因素,并根据具体场景选择合适的实现方式。枚举方式是推荐的实现方式,因为它既简洁又安全。

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