当然了解,设计模式是软件设计中针对常见问题的通用、可复用的解决方案。它能让代码更易于维护、扩展和复用。
饿汉式 和懒汉式 是单例模式的两种经典实现方式。
核心概念:单例模式
- 目的:确保一个类只有一个实例,并提供一个全局访问点来获取这个实例。
- 应用场景:比如数据库连接池、线程池、日志对象、应用的配置类等。这些对象在程序中只需要一个实例即可,创建多个实例会浪费资源或导致行为异常。
饿汉式
核心思想 :"饿",顾名思义,很饥饿,所以在类加载的时候就已经创建好实例,不管后面用不用,先创建了再说。
特点:
- 线程安全:因为实例的创建是在类加载阶段完成的,这个阶段由JVM保证线程安全。
- 加载慢,获取快:类一加载就初始化实例,可能会稍微拖慢启动速度,但获取实例对象的速度非常快。
代码示例:
csharp
public class SingletonEager {
// 1. 私有静态实例,在类加载时就直接创建
private static final SingletonEager INSTANCE = new SingletonEager();
// 2. 私有构造函数,防止外部通过 new 关键字创建实例
private SingletonEager() {}
// 3. 公共的静态方法,用于获取唯一实例
public static SingletonEager getInstance() {
return INSTANCE;
}
}
优点 :实现简单,绝对线程安全。
缺点:如果这个实例非常耗费资源,但在整个程序运行过程中又可能用不到,就会造成资源的浪费。
懒汉式
核心思想 :"懒",很懒惰,所以只有在第一次被用到的时候才创建实例。
特点:
- 资源利用率高:只有在需要的时候才创建,避免了不必要的资源消耗。
- 加载快,获取慢(第一次) :类加载时不初始化,第一次调用
getInstance()时才创建,所以第一次获取会稍慢。
基础版(非线程安全)
这个版本在多线程环境下会出问题。
csharp
public class SingletonLazy {
private static SingletonLazy instance; // 不直接初始化
private SingletonLazy() {}
public static SingletonLazy getInstance() {
// 判断如果实例为空,则创建
if (instance == null) {
instance = new SingletonLazy(); // 问题所在:多个线程可能同时进入这里
}
return instance;
}
}
改进版(线程安全,使用 synchronized)
通过给方法加锁来解决线程安全问题,但效率较低。
csharp
public class SingletonLazySync {
private static SingletonLazySync instance;
private SingletonLazySync() {}
// 使用 synchronized 关键字,保证同时只有一个线程能进入该方法
public static synchronized SingletonLazySync getInstance() {
if (instance == null) {
instance = new SingletonLazySync();
}
return instance;
}
}
最优版(双重检查锁 DCL)
为了兼顾线程安全和效率,我们只在实例还没创建的时候进行同步。
csharp
public class SingletonLazyDCL {
// 使用 volatile 关键字,防止指令重排,保证可见性
private static volatile SingletonLazyDCL instance;
private SingletonLazyDCL() {}
public static SingletonLazyDCL getInstance() {
// 第一次检查,如果实例已存在,则直接返回,避免进入同步块,提高效率。
if (instance == null) {
// 加锁,确保只有一个线程能进入同步块
synchronized (SingletonLazyDCL.class) {
// 第二次检查,防止在等待锁的过程中,已有其他线程创建了实例。
if (instance == null) {
instance = new SingletonLazyDCL();
}
}
}
return instance;
}
}
为什么用 ****volatile ?
instance = new SingletonLazyDCL(); 这行代码不是一个原子操作,它分为三步:
- 分配内存空间
- 初始化对象
- 将 instance 指向分配的内存地址
如果没有 volatile,JVM 可能会进行指令重排序,导致步骤 3 在步骤 2 之前执行。这样另一个线程可能在第一次检查时看到 instance 不为 null(已经指向了内存地址),但对象还没有初始化完成,从而拿到一个不完整的对象。volatile 可以禁止这种重排序。
总结对比
| 特性 | 饿汉式 | 懒汉式(基础版) | 懒汉式(双重检查锁) |
|---|---|---|---|
| 创建时机 | 类加载时 | 第一次调用 getInstance()时 |
第一次调用 getInstance()时 |
| 线程安全 | 是 | 否 | 是 |
| 资源利用 | 差,可能浪费 | 好 | 好 |
| 性能 | 获取实例快 | (线程不安全,无意义) | 第一次稍慢,之后快 |
| 实现难度 | 简单 | 简单 | 复杂 |
在现代 Java 开发中,还有更简洁的实现单例的方式,比如使用 枚举(Enum) ,它天生就是单例的,并且能防止反射和反序列化攻击,是《Effective Java》作者强烈推荐的方式。
csharp
public enum SingletonEnum {
INSTANCE; // 这就是单例的实例
public void doSomething() {
// ... 业务方法
}
}
// 使用:SingletonEnum.INSTANCE.doSomething();