单例模式的几种写法

2024-03-04 22:46:36

单例模式是最常用到的设计模式之一。一般介绍单例模式的书籍都会提到饿汉式和懒汉式这两种实现方式。

单例模式的介绍

单例模式是一种常用的软件设计模式，其定义是单例对象的类只能允许一个实例存在。

使用单例的好处

许多时候整个系统只需要拥有一个的全局对象，这样有利于我们协调系统整体的行为（方便管理）。比如在某个服务器程序中，该服务器的配置信息存放在一个文件中，这些配置数据由一个单例对象统一读取，然后服务进程中的其他对象再通过这个单例对象获取这些配置信息。这种方式简化了在复杂环境下的配置管理。系统内存中该类只存在一个对象，节省了系统资源，对于一些需要频繁创建销毁的对象，使用单例模式可以提高系统性能。

实现单例模式的基本思路

单例模式要求类能返回一个对象引用（永远是同一个）和一个获得该实例的方法（这个方法必须得是静态方法，而且一般名为getInstance）。

单例模式的实现主要是通过以下两个步骤：

将该类的构造方法定义为私有方法，这样保证外部代码无法在其他地方使用该类的构造方法来创建对象，只能通过该类提供的静态方法获取对象；
2.在该类中提供一个静态方法getInstance，当这个类中的变量引用不为空时就直接返回该引用，如果该类中的变量引用为空则创建一个该类的实例并赋值给该变量引用。

注意事项

单例模式在多线程的应用场景时需要小心使用，如果在多线程场景下，该类的唯一实例尚未创建，哪么多个线程同时调用了该类的静态方法，他们都没有检查到唯一实例的存在，所以都创建了一个该类实例并返回了实例引用，这样就会有多个实例被创建出来，从而违背了单例模式中实例唯一的原则。解决这个问题的办法可以使用线程的同步。

单例模式的写法

1.饿汉式

public class Singleton {

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

优点：写法比较简单，在类装载的时候就完成实例化。避免了线程安全问题。
缺点：在类装载的时候就完成实例化，没有达到Lazy Loading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。

2.懒汉式

public class Singleton {

	private static Singleton instance;
	
	private Singleton(){
		
	}
	
	public static Singleton getInstance(){
		if(instance == null){
			return new Singleton();
		}
		return intance;
	}
	
}

这种写法起到了懒加载的效果，但是却是线程不安全的。在多线程使用环境中千万别这样写！

3.懒汉式（同步方法）

public class Singleton {

    private static Singleton singleton;

    private Singleton() {}

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

将getInstance方法变为同步方法，解决了线程不安全的问题，但这却大大降低了程序执行的效率，每个线程在想获得类的实例时候，执行getInstance()方法都要进行同步。而其实这个方法只执行一次实例化代码就够了，后面的想获得该类实例，直接return就行了，方法进行同步效率太低要改进。

4.懒汉式（Double-Check）

public class Singleton {

    private static volatile Singleton singleton;

    private Singleton() {}

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

所谓双重检查就是对程序进行了两次if(singleton == null)检查，这样就可以保证线程安全了。这样，实例化代码只用执行一次，后面再次访问时，判断if (singleton == null)，直接return实例化对象。
优点：线程安全；延迟加载；效率较高。

5.使用静态内部类

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

这种方式跟饿汉式方式采用的机制类似，但又有不同。两者都是采用了类装载的机制来保证初始化实例时只有一个线程。不同的地方在饿汉式方式是只要Singleton类被装载就会实例化，没有Lazy-Loading的作用，而静态内部类方式在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，延迟加载，效率高。

码农公寓