设计模式——单例模式8种实现-Toy模板网

这篇具有很好参考价值的文章主要介绍了设计模式——单例模式8种实现。希望对大家有所帮助。如果存在错误或未考虑完全的地方，请大家不吝赐教，您也可以点击"举报违法"按钮提交疑问。

单例模式

1、了解概念：

单例模式是指采用一定的方法保证在整个软件系统种，对某个类只能存在一个对象实例，并且该类只提供一个取得其对象实例的方法（静态方法）。

个人理解：一个类只能实例化一个对象，其他的使用都是引用这个对象。

单例模式的八种实现方式

1、饿汉式
    a、静态常量（推荐）
    b、静态代码块（推荐）
2、懒汉式
    a、线程不安全
    b、线程安全，同步方法
    c、线程安全，同步代码块
3、双重检查（推荐）
4、静态内部类（推荐）
5、枚举（推荐）

单例模式的作用：

1、节省资源：有些对象在程序中只需要一个实例，如果反复创建多个实例会造成资源的浪费，而单例模式可以确保只创建一个实例，节约资源。

2、全局访问点：是单例模式中提供给其他代码访问单例对象的接口或方法，它封装了单例对象的创建和访问逻辑，使得其他部分可以方便地获取单例对象，同时可以控制访问权限和简化调用方式。

3、保持一致性：单例模式可以确保一个类只有一个实例，从而避免了多个实例之间状态的不一致性。

4、延迟初始化：有些对象的初始化比较耗时，使用单例模式可以将对象的初始化延迟到真正需要的时候进行，提高程序的性能。

5、线程安全：单例模式可以保证在多线程环境下只有一个实例被创建，避免了多线程并发访问时可能出现的问题。

饿汉式

1、静态常量

步骤：

1、构造器私有化

2、类的内部创建对象

3、向外暴露一个静态公共方法（getInstance）

4、代码实现

public class Singleton {
    // 创建静态常量实例
    private static final Singleton instance = new Singleton();
    
    // 私有构造函数，禁止外部通过new关键字创建实例
    private Singleton() {
        // 在此处进行初始化操作
    }
    
    // 公共方法，用于获取实例
    public static Singleton getInstance() {
        return instance;
    }
}

优点：

写法简单，线程安全、效率高，在类装载的时候完成实例化，避免了线程同步问题

缺点：

内存浪费：在类加载的时候完成了实例化，

无法实现懒加载：没有达到Lazy Loading的效果

不支持传参

说明：

这种方式基于classloder机制避免了多线程同步问题，但是instance在类装载时就实例化，单例模式中大多数是调用getInstance方法，但是导致类装载的原因有很多种，因此不能确定有其他静态方法导致类装载，这个时候初始化instance就没有导致lazy loading的效果

结论：

这种单例模式可用，但是可能会造成浪费内存

补充：lazy loading

Lazy loading（延迟加载）是一种设计模式，它指的是在需要的时候才加载数据或资源，而不是在初始化时就立即加载。这样可以延迟创建或数据加载时间，实现节省资源和提高性能。

使用场景：
1、减少启动时间：延迟加载启动时不需要的资源，加快程序启动时间。
2、节省资源：有些资源可能占用较大内存或需要较长时间初始化，如果不立即加载可以节省资源。
3、提高性能：延迟加载可以根据实际需要动态加载资源，避免了一开始就加载所有资源导致性能下降。

2、静态代码块

public class Singleton {
    private static final Singleton instance;

    static {
        try {
            instance = new Singleton();
        } catch (Exception e) {
            throw new RuntimeException("Exception occurred in creating singleton instance");
        }
    }

    private Singleton() {
        // 私有构造函数
    }

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

这种方式跟静态常量的优缺点差不多。

懒汉式

1、线程不安全

public class Singleton {
    private  static Singleton instance;

    private Singleton() {
        // 私有构造函数
    }

    //提供一个静态的公共方法，使用到该方法时，才创建instance
    //即 懒汉式
    public static Singleton getInstance() {
        if (instance == null) {
            synchronized (Singleton.class) {
                if (instance == null) {
                    instance = new Singleton();
                }
            }
        }
        return instance;
    }
}

优缺点说明：

1、起到了Lazy Loading效果，但是只能在单线程中使用
2、如果在多线程情况，一个线程进入了if（instance == null）判断语句块，还没来得及向下执行，另一个线程也通过了这个判断语句，这是会产生多个实例。
3、总结：多线程不可使用这种方式，在实际开发中也不要使用这种方式。

2、线程安全，同步方法

public class Singleton {
    private static Singleton instance;

    private Singleton() {
        // 私有构造函数
    }

    //加入了同步，解决了线程安全问题
    public synchronized static Singleton getInstance() {
        if (instance == null) {
            instance = new Singleton();
        }
        return instance;
    }
}

优缺点说明：

1、解决了线程不安全问题
2、效率太低了。每个线程想要类的实例化的时候，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，后续需要直接return就行了
3、结论：实际开发，不推荐

3、线程安全，同步代码块

public class Singleton {
    private static Singleton instance;

    private Singleton() {
        // 私有构造函数
    }

    //加入了同步，解决了线程安全问题
    public  static Singleton getInstance() {
        if (instance == null) {
            synchronized(Singleton.class){
                instance = new Singleton();
            }
        }
        return instance;
    }
}

直接总结：本意是想对上种方式优化，实际并没有优化，还是会出现不同步情况。

结论：实际开发中，不能使用这种方式。

双重检查

public class Singleton {
    private volatile static Singleton instance;

    private Singleton() {
        // 私有构造函数
    }

    public static Singleton getInstance() {
        if (instance == null) { // 第一次检查，避免不必要的同步
            synchronized (Singleton.class) {
                if (instance == null) { // 第二次检查，确保只有一个实例被创建
                    instance = new Singleton();
                }
            }
        }
        return instance;
    }
}

优缺点说明：

1、Double-Check是多线程开发中常使用的，如上述代码，我们使用了两次if(singleton == null) 检查，这样就可保证线程安全了
2、特点：线程安全、延迟加载、效率较高。推荐使用
3、使用双重检查锁定实现线程安全的单例模式既可以确保线程安全，又可以尽量减少同步代码块的使用，从而提高性能。

补充：

volatile是Java的关键字。
用于：
1、声明变量具有可见性：
当一个线程修改了一个被 volatile 修饰的变量的值时，这个新值对其他线程是立即可见的，即所有线程都能看到最新的值。

2、禁止重排列：
volatile 关键字会禁止 JVM 对代码的优化重排序，保证指令不会被重排，从而避免出现意外的执行顺序。

3、不保证原子性：
volatile 关键字只能确保可见性和禁止重排序，并不能保证对 volatile 变量的操作是原子性的。如果需要保证原子性

静态内部类

public class Singleton {
    private Singleton() {
        // 私有构造函数
    }

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

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

利用静态内部类特点：

外部类被装载了，静态内部类不会被装载

在调用getInstance方法的时候，会实现静态内部类只被装载一次

优缺点说明：

1、这种方式次啊用类装载机制来保证初始化实例时只有一个线程
2、静态内部类在Singleton类被装载时并不会立刻实例化，而是在需要实例化时才调用getInstance方法，才会装载SingletonInstance类，从而实现Singleton的实例化
3、类的静态属性智慧在第一次加载类的时候初始化，所以，在这JVM帮助我们保证了线程的安全性，在类进行初始化时，别的线程无法进入
4、优点：避免了线程不安全，利用静态内部类特点实现了延迟加载，效率高
5、结论：推荐使用

枚举

public enum Singleton {
    INSTANCE;

    // 可以在枚举中定义自己需要的方法和属性
    public void doSomething() {
        // 执行相应的操作
    }
}

优缺点说明：

1、通过枚举实现单例模式，可以避免多线程问题，还可防止反序列化重新创建新的对象。
2、结论：推荐使用

单例模式在JDK中使用

比如说Runtime类中使用到了饿汉式

小结：

1、饿汉式
    a、静态常量（推荐）
    b、静态代码块（推荐）
2、懒汉式
    a、线程不安全
    b、线程安全，同步方法
    c、线程安全，同步代码块
3、双重检查（推荐）
4、静态内部类（推荐）
5、枚举（推荐）

饿汉式：

静态常量：推荐使用，简单、线程安全，在类加载时就创建实例。

静态代码块：不太推荐，与静态常量方式类似，但可读性稍差。

懒汉式：

线程不安全：不推荐，多线程环境下存在安全风险。

线程安全，同步方法：不推荐，性能较差，每次获取实例都需要同步。

线程安全，同步代码块：一般不推荐，和同步方法类似，同步块也会影响性能。

双重检查：

推荐使用：在多线程环境下，确保了延迟加载和高性能的需求。

静态内部类：

推荐使用：延迟加载、线程安全、高性能，且实现简洁。

枚举：

强烈推荐使用：简洁、线程安全、防止反射和序列化破坏单例，是最佳实践之一。文章来源地址https://www.toymoban.com/news/detail-833416.html