单例模式详解

单例模式详解

为什么要有单例模式

单例模式是一种创建型设计模式,旨在确保一个类在整个应用程序生命周期中只有一个实例,并提供一个全局访问点。通过单例模式,可以避免多个实例带来的资源浪费和数据不一致问题。

关键点:

  • 唯一性:确保一个类只有一个实例。

  • 全局访问:提供一个全局的访问点来获取该实例。

单例模式的意图

  • 控制实例数量:限制类的实例化数量,通常为一个。

  • 全局访问点:提供一个统一的接口来访问该实例,方便管理和使用。

  • 节约资源:避免重复创建实例,节约系统资源。

单例模式有哪些实现

主要有饿汉,懒汉,双重检查锁,枚举这几种

怎么才能实现单例呢?一半就是将这个对象创建的实例作为这个对象的属性,每次就去获取这个属性就可以了

首先看看饿汉式

之所以叫饿汉,我的理解是饿汉比较心急,所以会在一开始就去创建一个实例而不等到需要调用时才去

java 复制代码
public class huangryman {

        private static huangryman instance = new huangryman();
        private huangryman (){}
        public static huangryman getInstance() {
            return instance;
        }
    }

这个代码初始化后就会调用私有的构建函数去new 一个huangryman

但他会导致可能导致资源浪费,尤其在实例未被使用时。

再看看懒汉式

之所以叫懒汉式,懒汉比较懒,所以他会在第一次需要获取实例才去创建

java 复制代码
public class Singleton {
    private static Singleton instance;

    private Singleton() {
        // 私有构造函数
    }

    public static Singleton getInstance() {
        if (instance == null) { // 第一次检查
            instance = new Singleton();
        }
        return instance;
    }
}

这里看到这个instance没有所有一来就去new,而是在get的时候去检测instance是否为空,也就是这个实例是否被创建,如果没被创建就会去创建,如果创建了就直接返回那个实例

但是这里有个问题,这里有个 get 和 creat,其实就是 读 和 写 ,那么读写结合起来最常见的问题就是一个多线程下的并发问题。

所以这里我们引入双重检查锁

复制代码
java 复制代码
public class Singleton {
    private static volatile Singleton instance;

    private Singleton() {
        // 私有构造函数
    }

    public static Singleton getInstance() {
        if (instance == null) { // 第一次检查
            synchronized (Singleton.class) {
                if (instance == null) { // 第二次检查
                    instance = new Singleton();
                }
            }
        }
        return instance;
    }
}

这里volatile 关键字

  • 禁止指令重排序:确保 instance = new Singleton() 操作的三个步骤(分配内存、初始化对象、建立引用)按顺序执行

  • 保证可见性:当一个线程修改了 instance 变量,其他线程能立即看到最新值

  • 第一重检查:避免不必要的同步开销

  • 同步块:保证只有一个线程能进入创建实例的代码段

  • 第二重检查:防止多个线程同时通过第一重检查后重复创建实例

其实双重检查锁也是一种懒汉模式,因为他也是在被调用时加载,但通过一些方式去确定了线程的安全而已

那还有没有办法可以实现单例呢,下面提供两个不容易想到的

静态内部类

java 复制代码
public class Singleton {
    private Singleton() {
        // 私有构造函数
    }

    private static class SingletonHelper {
        private static final Singleton INSTANCE = new Singleton();
    }

    public static Singleton getInstance() {
        return SingletonHelper.INSTANCE;
    }
}
  • getInstance() 首次被调用时,SingletonHelper 类才会被加载并初始化其静态成员 INSTANCEJVM 的类加载过程是 线程安全 ,保证静态变量初始化操作只会执行一次。

我觉得 静态内部类 是对饿汉的一个优化。

把 private static final Singleton INSTANCE = new Singleton();放在内部类里实现了懒加载。

静态内部类实现是《Effective Java》作者Joshua Bloch推荐的方式,它在安全性、性能和代码简洁性之间取得了完美平衡,是大多数场景下的最佳选择。如果不需要延迟初始化,枚举实现(enum)则是更优解。

枚举实现

再说下枚举实现

Java中有个枚举类叫做Enum

枚举类默认继承 java.lang.Enum,无法再继承其他类(但可以实现接口)。

  • 当枚举类首次被引用时(如 Singleton.INSTANCE),JVM 会加载并初始化该类。

  • 类加载的线程安全性:JVM 保证类加载过程(包括静态变量的初始化)是线程安全的,且只会执行一次。

  • 枚举常量的初始化 :所有枚举常量会在类加载的 <clinit> 方法中被创建,且每个枚举常量只会被初始化一次。

java 复制代码
public enum Singleton {
    INSTANCE; // 单例实例
}

直接调用Singleton.INSTANCS就ok了

但是枚举类会在首次被引用时立即初始化,如果实例化过程耗时较长,可能影响启动性能。

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