单例模式(Singleton Pattern)是一种设计模式,确保一个类只有一个实例,并提供一个全局访问点。常用于管理共享资源(如数据库连接、配置文件、线程池等)。在实际编码中,有多种实现单例模式的方法,下面我会展示几种常见的写法。
1. 懒汉式(Lazy Initialization)
懒汉式单例模式只有在第一次使用实例时才会创建实例。懒汉式通常是延迟加载,但可能会存在线程安全问题,需要注意。
普通懒汉式(线程不安全)
public class Singleton { private static Singleton instance; // 私有构造函数,防止外部实例化 private Singleton() {} // 获取实例的方法 public static Singleton getInstance() { if (instance == null) { instance = new Singleton(); } return instance; } }
这个写法在单线程环境下是有效的,但在多线程环境下,如果多个线程同时进入 if (instance == null)
判断,可能会创建多个实例。因此需要考虑线程安全问题。
线程安全的懒汉式
public class Singleton { private static Singleton instance; private Singleton() {} public static synchronized Singleton getInstance() { if (instance == null) { instance = new Singleton(); } return instance; } }
通过 synchronized
关键字确保线程安全,但同步锁会带来性能开销,影响效率。
双重检查锁(推荐)
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; } }
这种方式称为双重检查锁定(Double-Checked Locking)。volatile
关键字确保变量的可见性,避免出现指令重排序的问题。
2. 饿汉式(Eager Initialization)
饿汉式单例模式在类加载时就创建实例,线程安全且不需要同步,但不能延迟实例化。
public class Singleton { // 类加载时即初始化实例 private static final Singleton instance = new Singleton(); private Singleton() {} public static Singleton getInstance() { return instance; } }
优点是线程安全,并且实现简单。缺点是如果实例的创建过程比较重或者类加载时不一定会用到实例,就会造成浪费。
3. 静态内部类(推荐)
静态内部类方式是推荐的单例模式实现方式,它结合了饿汉式的优点和懒汉式的延迟加载特性。类加载时不会立即创建实例,只有在 getInstance()
被调用时才会加载静态内部类并创建实例。此方法实现线程安全,且没有同步带来的性能问题。
public class Singleton {private Singleton() {
} private static class SingletonHelper
{ // 静态内部类仅在第一次使用时加载 private static final Singleton INSTANCE = new Singleton(); } public static Singleton getInstance() { return SingletonHelper.INSTANCE; } }
静态内部类的加载是由 JVM 保证的,即线程安全,并且延迟加载。
4. 枚举式(Effective Java 推荐)
枚举实现单例模式是最简单和最安全的方式,能够防止反序列化、反射攻击等问题。它由 JVM 保证线程安全和单例性。
public enum Singleton { INSTANCE; public void someMethod() { // 实现某些方法 } }
枚举类型在 Java 中是唯一的实例,JVM 会自动处理枚举的创建、序列化和反射问题,因此这种方式既简单又安全。
总结
- 懒汉式:延迟加载,线程安全性差(需要双重检查锁定)。
- 饿汉式:类加载时立即创建实例,线程安全,但浪费资源(如果实例不常用)。
- 静态内部类:延迟加载,线程安全,不存在性能问题,推荐使用。
- 枚举式:最安全、最简洁,JVM 保证唯一性,适合用于单例模式。
通常推荐使用 静态内部类 或 枚举式,它们具有较高的性能并能避免常见的错误。