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Java基础-单例模式的实现

article 2024/10/8 0:55:36

文章目录

- 概述
- - 单例模式（Singleton Pattern）
  - - 核心要素
    - 使用场景
    - 注意事项
- 实现方式

概述

单例模式（Singleton Pattern）

单例模式是一种创建型设计模式，它确保一个类只有一个实例，并提供一个全局访问点来获取该实例。这个模式的主要目的是控制对象的创建，确保在程序的整个生命周期中，某个类只有一个实例被创建和使用。

核心要素

私有构造函数：防止外部通过new关键字创建实例。
私有静态变量：用于存储类的唯一实例。
公共静态方法：提供一个全局访问点来获取类的唯一实例。

使用场景

单例模式在以下场景中非常有用：

控制资源访问：当某个类需要控制对某个资源的访问时，如数据库连接池、文件系统等，可以使用单例模式来确保只有一个实例来管理这些资源，从而避免资源冲突和浪费。
实现全局状态：当需要维护一个全局状态或配置信息时，可以使用单例模式来存储这些信息。例如，一个应用程序可能需要一个全局配置对象来存储配置信息，如数据库连接信息、应用程序设置等。
共享功能：当某个类需要实现一些共享功能，并且这些功能只需要一个实例时，可以使用单例模式。例如，一个日志记录类可能只需要一个实例来记录日志信息，以避免重复创建实例和浪费资源。
多线程环境下的唯一实例：在多线程环境中，确保某个类只有一个实例是非常重要的。单例模式可以通过同步机制来确保在多线程环境下只有一个实例被创建。

注意事项

线程安全：在多线程环境中实现单例模式时，需要确保线程安全，以避免多个线程同时创建实例。
序列化与反序列化：如果单例类实现了Serializable接口，需要重写readResolve方法来防止反序列化时创建新的实例。
懒加载与饿加载：根据需求选择懒加载（延迟加载）或饿加载（立即加载）策略。懒加载可以节省资源，但可能会增加获取实例的时间；饿加载可以确保实例在需要时立即可用，但可能会浪费资源。

实现方式

在实际应用中，可以根据具体需求选择合适的实现方式（如懒汉式、双重检查锁定、静态内部类、枚举等）来实现单例模式。
在Java中，实现单例模式的方式主要有以下几种：

懒汉式（线程不安全）：

特点：单例对象被使用的时候才初始化，避免了内存浪费。
缺点：线程不安全，只能在单线程中使用。当有多个线程同时进入getInstance方法中的判断语句时，若判断为null，就会创建多个实例对象。
示例代码：

public class SingleObject {
    private static SingleObject instance;
    private SingleObject() {}
    public static SingleObject getInstance() {
        if (instance == null) {
            instance = new SingleObject();
        }
        return instance;
    }
}

懒汉式（线程安全）：

特点：通过在方法前加同步锁synchronized关键字的方式，保证在多线程环境下单例的唯一性。
缺点：虽然解决了线程安全，但当有多个线程想要调用时，每个线程都要等上一个线程完成后再执行，大大降低了效率。
示例代码：

public class SingleObject {
    private static SingleObject instance;
    private SingleObject() {}
    public synchronized static SingleObject getInstance() {
        if (instance == null) {
            instance = new SingleObject();
        }
        return instance;
    }
}

饿汉式：

特点：类加载时就初始化实例，保证了线程安全，但可能会导致资源浪费，因为无论是否使用都会创建实例。
示例代码：

public class Singleton {
    private static final Singleton INSTANCE = new Singleton();
    private Singleton() {}
    public static Singleton getInstance() {
        return INSTANCE;
    }
}

双重检查锁定（Double-Checked Locking）：

特点：在懒汉式基础上增加了双重检查，既保证了懒加载，又解决了多线程问题。使用volatile关键字防止指令重排。
示例代码：

public class Singleton {
    private static volatile Singleton instance;
    private Singleton() {}
    public static Singleton getInstance() {
        if (instance == null) {
            synchronized (Singleton.class) {
                if (instance == null) {
                    instance = new Singleton();
                }
            }
        }
        return instance;
    }
}

静态内部类：

特点：利用类加载机制保证单例的唯一性，既实现懒加载，又保证了线程安全。静态内部类在外部类加载时不会实例化，在调用getInstance方法时才会加载内部类，从而实现了延迟加载。
示例代码：

public class Singleton {
    private Singleton() {}
    private static class SingletonHolder {
        private static final Singleton INSTANCE = new Singleton();
    }
    public static Singleton getInstance() {
        return SingletonHolder.INSTANCE;
    }
}

枚举：
- 特点：枚举类的实例在JVM中是唯一的，且线程安全。枚举单例是利用枚举类型的特性保证实例的唯一性，是最佳的单例模式的实现方式，它更简洁，而且支持序列化机制，绝对防止多次实例化。
- 示例代码：
```
public enum Singleton {
    INSTANCE;
    // 可以添加其他方法和属性
}
```