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【只生一个好 - 单例设计模式（Singleton Pattern）】

article 2025/3/1 21:19:32

单例设计模式

单例设计模式（Singleton Pattern）
- talk is cheap， show you my code
- - 饿汉式
  - 懒汉式
  - 双重检查锁定
  - 静态内部类
  - 枚举
- 总结

单例设计模式（Singleton Pattern）

单例设计模式（Singleton Pattern）是面向对象编程中的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访问这个唯一的实例。这种模式在需要控制资源的访问或配置时非常有用，例如数据库连接池、线程池、缓存等场景。

太抽象了
来我们换个说法，当一些资源比较重的时候，我们不希望创建那么多的实例。举个现实的例子，我们有一大堆地方法院；但是最高法院只有一个。为什么？因为当所有的事情有分歧的时候，一层层上报，总是需要有一个部门有最终决策权。

talk is cheap， show you my code

饿汉式

饿汉式是在类加载时就创建好实例，这种方式简单直接，但缺点是即使实例从未被使用过，也会占用内存资源。

public class Singleton {

    private static Singleton singleton = new Singleton();

    private Singleton() {
    }

    public static Singleton getInstance() {
        return singleton;
    }
}

我们通过将Singleton设置为private，使得外部没有办法调用构造方法新建实例；又利用类加载机制，我们将Singleton设置为静态变量，这样的话，类加载的时候，就可以新建一个实例；最后开放一个静态方法getInstance（）返回实例。

懒汉式

懒汉式是在第一次调用 getInstance() 方法时才创建实例，这样可以节省资源，但是如果多线程环境下未加锁可能会导致多个实例被创建。

public class Singleton1 {
    private static Singleton1 singleton = null;

    private Singleton1() {
    }

    public static Singleton1 getInstance() {
        if (singleton == null) {
            singleton = new Singleton1();
        }
        return singleton;
    }
}

我们通过将Singleton设置为private，使得外部没有办法调用构造方法新建实例；然后调用getInstance()的时候触发新建实例的动作，返回实例，但是这个代码在多线程下可能会创建出多个实例。

双重检查锁定

上面的懒汉式单例写入有多线程的安全问题，为了保证线程安全同时避免不必要的同步开销，可以采用双重检查锁定的方式。

public class Singleton1 {
    private volatile static Singleton1 singleton = null;

    private Singleton1() {
    }

    public static Singleton1 getInstance() {
        if (singleton == null) {
            synchronized (Singleton1.class) {
                if (singleton == null) {
                    singleton = new Singleton1();
                }
            }
        }
        return singleton;
    }
}

synchronized这个关键字用来加锁，但是仅仅通过synchronized也不能保证只产生一个实例，为什么呢？
因为第一个 if (singleton == null)后面通过synchronized拿锁，然后有一个线程会拿到锁，另一些在等待锁，如果不写第二个if判断的话，导致第一个拿到锁的执行了创建实例的操作，释放锁。而等待锁的线程就可以拿到锁，导致又创建了新的实例，所以我们要写两个if判断。所以这种创建单例的写法又叫做双重检查锁定。

静态内部类

public class Singleton {
    private Singleton() {}

    private static class SingletonHolder {
        private static final Singleton INSTANCE = new Singleton();
    }

    public static Singleton getInstance() {
        return SingletonHolder.INSTANCE;
    }
}

利用 Java 的类加载机制，在第一次调用 getInstance() 方法时才会加载静态内部类，从而实现延迟初始化和线程安全。换言之，这种的线程安全是通过类加载机制保证的，我们就不需要再写线程安全控制了。
另外补充private static final Singleton INSTANCE = new Singleton();这个看起来像是饿汉式，但是实际上只有调用getInstance的时候才会创建对象，因为SingletonHolder是在它自己被调用的时候才会触发类加载。所以从创建时机上看，这种是懒汉式一样的。

枚举

枚举天生就是线程安全的，并且可以防止反序列化攻击，因此它是一种非常简洁且推荐的方式来实现单例模式。

public enum Singleton {
    INSTANCE;

    // 单例对象的成员变量
    private String data;

    // 私有构造函数
    private Singleton() {
        this.data = "Initial Data";
    }

    // 获取数据的方法
    public String getData() {
        return data;
    }

    // 设置数据的方法
    public void setData(String data) {
        this.data = data;
    }

    // 其他方法
    public void doSomething() {
        System.out.println("Doing something with data: " + data);
    }

    // 主方法用于测试
    public static void main(String[] args) {
        // 获取单例实例
        Singleton singleton = Singleton.INSTANCE;

        // 使用单例实例的方法
        System.out.println(singleton.getData()); // 输出: Initial Data
        singleton.setData("New Data");
        System.out.println(singleton.getData()); // 输出: New Data
        singleton.doSomething(); // 输出: Doing something with data: New Data
    }
}