设计模式之单例模式

2024-04-18 10:27:36

单例模式

在 Java 中，单例模式是一种设计模式，用于确保某个类只有一个实例，并提供一个全局访问点来获取该实例。单例模式通常用于需要全局访问点的场景，例如日志记录器、数据库连接池、配置文件管理等。

实现单例模式的关键点是：

将类的构造函数私有化，防止外部直接实例化该类。
提供一个静态方法来获取类的唯一实例，通常命名为 getInstance() 或 getInstance(int param) 等。

在单例模式中，“懒汉”、"饿汉"和"枚举"是三种常见的实现方式，它们分别指代不同的单例对象创建策略。

懒汉模式（Lazy Initialization）：

懒汉模式是指在首次使用时才创建对象实例的方式。在多线程环境下，需要考虑线程安全性，通常会使用双重检查锁定（Double-Checked Locking）等机制来确保线程安全。

public class LazySingleton {
    private static LazySingleton instance;
    
    private LazySingleton() {
        // 私有构造方法，避免外部直接实例化
    }
    
    public static LazySingleton getInstance() {
        if (instance == null) {
            instance = new LazySingleton();
        }
        return instance;
    }
}

在上面的代码中，LazySingleton 类采用懒汉模式实现单例模式。在 getInstance 方法中，当第一次调用时会创建单例实例，之后再次调用时直接返回已创建的实例。

需要注意的是，懒汉模式在多线程环境下可能存在线程安全性问题，可能会导致创建多个实例。为了解决这个问题，可以在 getInstance 方法上加锁，或者使用双重检查锁定等方式来确保线程安全。

以下是使用双重检查锁定方式实现线程安全的懒汉模式的示例代码：

public class ThreadSafeLazySingleton {
    private volatile static ThreadSafeLazySingleton instance;

    private ThreadSafeLazySingleton() {
        // 私有构造函数，防止外部直接实例化
    }

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

饿汉模式（Eager Initialization）：
- 饿汉模式是指在类加载时就创建对象实例的方式，无论后续是否会被使用到。这种方式简单直接，但可能会导致资源浪费。在多线程环境下，需要注意线程安全问题。
```
public class EagerSingleton {
    private static final EagerSingleton instance = new EagerSingleton();
    
    private EagerSingleton() {
        // 私有构造方法，避免外部直接实例化
    }
    
    public static EagerSingleton getInstance() {
        return instance;
    }
}
```
  在上面的代码中，EagerSingleton 类采用饿汉模式实现单例模式。在类加载时，静态变量 instance 就被创建并初始化为单例实例，随后通过静态方法 getInstance 返回已创建的实例。
  
  饿汉模式保证了在多线程环境下也能保持单例的唯一性，因为在类加载时就创建了单例实例。但需要注意的是，由于单例实例在类加载时就被创建，可能会导致资源的浪费，特别是在单例实例较大或者初始化耗时较长的情况下。
  
  总的来说，饿汉模式适用于单例实例较小且初始化较快的情况，可以确保线程安全性。

枚举模式（Enum Singleton）：

枚举单例模式利用 Java 中的枚举类型来实现单例。枚举类型在 Java 中保证只有一个实例，并且在任何情况下都是单例。这种方式简洁高效，并且天然地提供了线程安全性和防止反序列化重新创建对象的保障。

public class EnumExample {
    // 定义一个枚举类型表示星期几
    public enum Day {
        MONDAY, TUESDAY, WEDNESDAY, THURSDAY, FRIDAY, SATURDAY, SUNDAY
    }

    public static void main(String[] args) {
        // 使用枚举类型来表示今天是星期几
        Day today = Day.MONDAY;

        // 使用枚举类型的常量
        switch (today) {
            case MONDAY:
                System.out.println("Today is Monday");
                break;
            case TUESDAY:
                System.out.println("Today is Tuesday");
                break;
            // 其他星期的处理
            default:
                System.out.println("Today is " + today);
        }
    }
}

在上面的代码中，我们定义了一个枚举类型 Day 表示星期几，包含了每一天作为枚举常量。在 main 方法中，我们使用枚举类型 Day 来表示今天是星期几，并根据不同的情况输出相应的信息。

枚举模式在实际开发中常用于表示一组相关的常量，例如表示状态、类型等。它提供了一种类型安全的方式来操作这些常量，并且可以让代码更加清晰易懂。

总的来说，懒汉模式是延迟加载的方式，在需要时才创建实例；饿汉模式是在类加载时就创建对象实例；而枚举模式利用枚举类型的特性来实现单例，是一种简洁高效的实现方式。

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