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单例模式对比：静态内部类 vs. 饿汉式

article 2025/3/19 9:41:56

单例模式是一种设计模式，旨在确保一个类只有一个实例，并提供全局访问点。Java 中有多种实现单例模式的方式，其中静态内部类实现和饿汉式实现是两种常见的方法。本文将对这两种单例模式进行详细对比，说明它们在延迟加载方面的区别，并解释为何某种实现方式会导致实例一上来就加载。

⚠️ 有一点需要大家先明确：JVM 对于类的加载是只有类 首次被使用 的时候才会被加载。但不同的单例模式实现方式会影响实例的加载时机。

1. 静态内部类实现单例模式

实现代码：

public class Singleton {
    // 私有构造函数，防止外部实例化
    private Singleton() {}

    // 静态内部类，持有 Singleton 的唯一实例
    private static class Holder {
        private static final Singleton INSTANCE = new Singleton();
    }

    // 提供对外的公共方法获取单例实例
    public static Singleton getInstance() {
        return Holder.INSTANCE;
    }
}

特点：

延迟加载：静态内部类 Holder 只有在 getInstance() 方法被首次调用时才会被加载。JVM 确保 Holder 类在首次访问其静态成员 INSTANCE 时才会被初始化，从而实现了懒加载。这样可以避免在类加载时立即创建实例，节省资源。
线程安全：静态内部类的加载是由 JVM 保证线程安全的，因此静态内部类单例模式天然地实现了线程安全。

2. 饿汉式实现单例模式

实现代码：

public class Singleton {
    // 立即创建单例实例
    private static final Singleton INSTANCE = new Singleton();

    // 私有构造函数，防止外部实例化
    private Singleton() {}

    // 提供对外的公共方法获取单例实例
    public static Singleton getInstance() {
        return INSTANCE;
    }
}

特点：

饿汉式加载：在类加载时，静态成员变量 INSTANCE 被立即初始化。这意味着即使这个实例可能在类加载之后不会立即使用，它依然会在类加载时就被创建。这种方式没有延迟加载的机制，因此会在类加载时消耗资源。
线程安全：由于 INSTANCE 在类加载时被初始化，类的加载过程是线程安全的，因此饿汉式单例模式天然是线程安全的。

对比分析

延迟加载：
- 静态内部类：支持延迟加载。静态内部类 Holder 只有在 getInstance() 方法首次被调用时才会被加载，这样避免了不必要的资源消耗。此处的延迟加载是因为静态内部类 Holder 的实例化是依赖于 getInstance() 方法的调用，而非类加载。
- 饿汉式：不支持延迟加载。实例 INSTANCE 在类加载时就被创建，即使不立即使用，也会占用内存资源。这是因为在声明 INSTANCE 时就执行了 new Singleton()，导致类加载时即创建实例。
资源消耗：
- 静态内部类：只有在真正需要时才创建实例，因此更为高效，适合实例创建开销较大的情况。避免了在类加载时不必要的资源消耗。
- 饿汉式：实例在类加载时就创建，即使没有实际使用，也会占用内存资源。这可能会导致内存消耗增加，尤其是在实例创建开销较大的情况下。
实现复杂度：
- 静态内部类：实现相对复杂，但支持延迟加载，能够有效节省资源。代码的维护和理解稍微复杂一些，但具有更好的资源管理能力。
- 饿汉式：实现简单，但可能会导致不必要的内存消耗。其设计简单明了，但资源消耗可能会在不需要的情况下增加。
代码影响：
- 静态内部类：延迟加载是由于 Holder 类的静态成员 INSTANCE 只有在实际访问 getInstance() 方法时才会被初始化。JVM 确保 Holder 类的加载是按需进行的，这样实现了懒加载。
- 饿汉式：实例立即加载是因为 INSTANCE 是在类加载时初始化的。private static final Singleton INSTANCE = new Singleton(); 这一行代码会在类加载时立即执行，导致实例在类加载时即创建。