设计模式了解吗,知道什么是饿汉式和懒汉式吗?

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。

饿汉式懒汉式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 复制代码
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 复制代码
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 复制代码
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 复制代码
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:

  1. 分配内存空间
  2. 初始化对象
  3. 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() 第一次调用 getInstance()
线程安全
资源利用 差,可能浪费
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 复制代码
public enum SingletonEnum {
    INSTANCE; // 这就是单例的实例

    public void doSomething() {
        // ... 业务方法
    }
}
// 使用:SingletonEnum.INSTANCE.doSomething();
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