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一、概述
1.单例模式
单例模式(Singleton Pattern)是一种创建型设计模式,确保一个类只有一个实例,并提供一个全局访问点。这种模式在需要一个对象被共享且全局唯一的情况下非常有用,比如配置对象、日志对象、数据库连接对象等。
2.单例模式的特点
唯一性:保证一个类只有一个实例。
全局访问点:提供一个全局访问点来获取该实例。
3.单例模式的实现方法
单例模式有多种实现方式,常见的有饿汉式、懒汉式、双重校验锁、静态内部类和枚举等。以下是这些方法的详细实现及其优缺点。
二、单例模式的实现
1. 饿汉式
饿汉式单例模式在类加载时就初始化实例,因此线程安全。
public class Singleton { private static final Singleton INSTANCE = new Singleton(); private Singleton() { // 私有构造函数,防止实例化 } public static Singleton getInstance() { return INSTANCE; } }
优点:
- 实现简单。
- 线程安全。
缺点:
- 类加载时就实例化,可能造成资源浪费。
2. 懒汉式
懒汉式单例模式在第一次使用时才初始化实例,不是线程安全的,需要加锁。
public class Singleton { private static Singleton instance; private Singleton() { // 私有构造函数,防止实例化 } public static synchronized Singleton getInstance() { if (instance == null) { instance = new Singleton(); } return instance; } }
优点:
- 延迟加载,节省资源。
缺点:
- 需要加锁,性能较差。
- 每次获取实例时都需要同步,开销较大。
3. 双重校验锁
双重校验锁在懒汉式的基础上进行了优化,减少了不必要的同步开销。
public class Singleton { // 使用 volatile 关键字确保 instance 的可见性和有序性 private static volatile Singleton instance; private Singleton() { // 私有构造函数,防止实例化 } public static Singleton getInstance() { if (instance == null) { // 第一次检查(无锁) synchronized (Singleton.class) { if (instance == null) { // 第二次检查(有锁) instance = new Singleton(); } } } return instance; } }
优点:
- 延迟加载,节省资源。
- 线程安全,性能较高。
缺点:
- 代码较复杂。
- 需要使用 volatile 关键字,确保可见性和有序性。
解释步骤:
1、为什么双重🔐
第一次检查(无锁):
if (instance == null):第一次检查是否已经有实例。如果有,则直接返回实例,避免进入同步块,提高性能。
同步块:synchronized (Singleton.class):如果第一次检查发现实例为null,进入同步块,确保只有一个线程能够进入创建实例的代码。
第二次检查(有锁):
if (instance == null):再次检查实例是否为null。这是因为在同步块外的第一次检查和进入同步块之间,可能有另一个线程已经创建了实例。
2、为什么需要 volatile
使用 volatile 关键字确保 instance 的可见性和有序性。它防止了指令重排序可能导致的问题。在没有 volatile 的情况下,可能会发生如下情况:
分配内存。
初始化对象。
设置 instance 指向分配的内存。
指令重排序可能会使步骤2和步骤3的顺序颠倒,使得一个线程看到一个未完全初始化的对象。因此,volatile 确保了步骤2和步骤3的顺序不会被颠倒。
4. 静态内部类
利用静态内部类的特性实现单例模式,线程安全且延迟加载。
public class Singleton { private Singleton() { // 私有构造函数,防止实例化 } private static class SingletonHolder { private static final Singleton INSTANCE = new Singleton(); } public static Singleton getInstance() { return SingletonHolder.INSTANCE; } }
优点:
- 延迟加载,节省资源。
- 线程安全,利用类加载机制保证初始化时只有一个线程。
缺点:
- 代码较简单,易读性好。
5. 枚举
利用枚举实现单例模式,天生线程安全,防止反序列化创建新实例。
public enum Singleton { INSTANCE; public void someMethod() { // 单例方法 } } // 测试类 public static void main(String[] args) { // 创建枚举对象 SingletonEnum instance1 = SingletonEnum.INSTANCE; SingletonEnum instance2 = SingletonEnum.INSTANCE; System.out.println( instance1== instance2); instance1.run(); //System.out.println(SingletonEnum.INSTANCE); }
优点:
- 实现简单。
- 天生线程安全。
- 防止反序列化创建新实例。
缺点:
- 不能延迟加载(可以通过懒初始化方法来实现)。
三、总结
单例模式通过确保一个类只有一个实例,提供了一种全局访问点来访问该实例。根据不同的需求和场景,可以选择不同的实现方式。
饿汉式和枚举方式实现简单,但不能延迟加载;懒汉式和双重校验锁方式可以延迟加载,但需要考虑线程安全问题;静态内部类方式兼具延迟加载和线程安全,是一种推荐的实现方式。
单例模式的特点:
1.构造方法私有化(即构造方法被private修饰)
2.该单例对象必须由单例类自行创建
3.内部提供一个公共静态的方法给外界进行访问(方法被public static 修饰)