java 项目中设计模式 之单例模式

devtools/2025/3/4 22:38:19/

本文是自己学习单例模式的记录,方便以后使用的时候查看,并不专业哈

一、单例模式

1、特点:

  •  单例模式是最简单的一种模式,具有单例模式只能有一个实例,并且必须为其他对象提供一个访问点。
  • 单例模式分为懒汉模式和饥饿模式

二、单例模式的创建方法

顾名思义,懒汉式单例模式会在使用时才生成实例,不会提前生成实例。

1、懒汉模式(线程不安全)

java">public class Singleton {//在类内部声明一个类对象private static Singleton instance;private Singleton() {// 私有构造方法}/** * 向外部提供一个获取对象的方法,如果该类对象不存在,创建该对象,* 如果该类对象已经存在,就直接返回该对象。保证该类对象只有一个,存在后就不再创建* 方法上使用synchronized锁,为了保证如果多线程调用,会同步执行,防止对象多次创建 */public static Singleton getInstance() {if (instance == null) {instance = new Singleton();}return instance;}}

注: 该方式线程不安全,如果有多线程同时调用,会创建多个实例

2、懒汉模式(线程安全)

java">public class Singleton2 {//在类内部声明一个类对象private static Singleton2 instance;private Singleton2() {// 私有构造方法}/** * 向外部提供一个获取对象的方法,如果该类对象不存在,创建该对象,* 如果该类对象已经存在,就直接返回该对象。保证该类对象只有一个,存在后就不再创建* 方法上使用synchronized锁,为了保证如果多线程调用,会同步执行,防止对象多次创建 */public static synchronized  Singleton2 getInstance() {if (instance == null) {instance = new Singleton2();}return instance;}}

注: synchronized  是为了保证多线程时可调用,但是也会影响性能

3、饥饿模式(静态变量)

顾名思义,饿汉式单例模式会在类加载时就会生成实例,且保证实例只有一个。

java">public class Singleton3 {//使用static声明变量的时候就new了实例,保证实例在类加载时就创建private static final Singleton3 instance = new Singleton3();private Singleton3() {// 私有构造方法}//提供一个供外部对象获取实例的入口public static Singleton3 getInstance() {return instance;}}

优点:这种写法比较简单,就是在类装载的时候就完成实例化。避免了线程同步问题。

缺点:在类装载的时候就完成实例化,没有达到Lazy Loading 懒加载的效果。如果从始至终从未使用过这个实例,则会造成内存的浪费

4、饥饿模式(静态代码块)

java">public class Singleton4 {//构造器私有化,外部不能newprivate Singleton4() {}//声明对象private static Singleton4 instance;//在静态代码块中创建对象实例static {instance = new Singleton4();}//提供一个公有的静态方法,返回对象实例public static Singleton4 getInstance() {return instance;}
}

5、懒汉模式(线程安全同步代码块)

java">public class Singleton5 {//懒汉式(线程安全, 同步代码块)private static Singleton5 instance;//构造方法private Singleton5() {}//提供一个静态的公有方法,当使用到该方法时,才去创建instance 即懒汉式public static Singleton5 getInstance() {if (instance == null) {synchronized (Singleton5.class) {instance = new Singleton4();}}return instance;}}

这种方式,是对懒汉模式的优化,因为前面同步方法效率太低,改为同步产生实例化的的代码块
但是这种同步并不能起到线程同步的作用。跟第3种实现方式遇到的情形一致,假如一个线程进入了if (instance == null)判断语句块,还未来得及往下执行,另一个线程也通过了这个判断语句,这时便会产生多个实例

6、懒汉式(双重检查)

java">//双重检查
public class Singleton6 {private Singleton6() {}private static volatile Singleton6 instance;public static Singleton6 getInstance() {//第一次判断,如果instance不为null,不进入抢锁阶段,直接返回实际if (instance == null){synchronized(Singleton6.class){//抢到锁之后再次判断是否为空if (instance == null){instance = new Singleton6();}}}return instance;}
}

注:volatile 关键字的作用:

  1. 线程的可见性,当一个线程修改了共享变量时,另一个线程可以立刻读到该变量修改后的值
  2. 顺序一致性,禁止指令重排序。 
  • Double-Check概念是多线程开发中常使用到的,如代码中所示,我们进行了两次if (instance == null)检查,这样就可以保证线程安全了
  • 添加 volatile 关键字之后可以很好解决双重检查锁模式带来空指针异常的问题,能够保证在多线程的情况下线程安全也不会有性能问题
  • 线程安全;延迟加载;效率较高。在实际开发中,推荐使用这种单例设计模式

7、懒汉式(静态内部类)

java">//静态内部类
public class Singleton7 {private Singleton7() {}//提供一个静态的公有方法,当使用到该方法时,才去创建instance 即懒汉式private static class SingletonInstance {private static final Singleton7 INSTANCE = new Singleton7();}public static Singleton7 getInstance() {return SingletonInstance.INSTANCE;}
}
  • 这种方式采用了类装载的机制来保证初始化实例时只有一个线程。
  • 静态内部类方式在Singleton类被装载时并不会立即实例化,而是在需要实例化时,调用getInstance方法,才会装载SingletonInstance类,从而完成Singleton的实例化。
  • 类的静态属性只会在第一次加载类的时候初始化,所以在这里,JVM帮助我们保证了线程的安全性,在类进行初始化时,别的线程是无法进入的。
  • 优点:避免了线程不安全,利用静态内部类特点实现延迟加载,效率高

8、饿汉式(枚举)

java">public enum Singleton8 {// 枚举实例在类加载时创建(饿汉式)INSTANCE;// 添加业务方法public void doSomething() {System.out.println("Singleton is working!");}
}//使用示例
public class Main {public static void main(String[] args) {// 调用单例方法Singleton8.INSTANCE.doSomething();// 验证单例性Singleton s1 = Singleton8.INSTANCE;Singleton s2 = Singleton8.INSTANCE;System.out.println(s1 ==s2); // 输出 true}
}

INSTANCE 的含义
名称约定:INSTANCE 是一个标识符(通常用全大写),表示这是单例模式的唯一实例。你可以自定义名称(例如 SINGLETON、INST),但 INSTANCE 是常见写法。 

核心原理

特性说明
类加载时初始化枚举实例 INSTANCE 在类加载阶段被初始化,符合饿汉式的特性。
天然单例性枚举类型规定每个枚举常量都是唯一的,且 JVM 保证全局只有一个实例。
防反射攻击反射调用 Constructor.newInstance() 会抛出异常(枚举无法通过反射实例化)。
防序列化破坏枚举的序列化机制由 Enum.valueOf() 保证,直接返回已有实例,而非新建。


http://www.ppmy.cn/devtools/164574.html

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