设计模式-单例模式

单例模式 是一种创建型设计模式,它确保一个类只有一个实例,并提供一个全局访问点来访问该实例。它属于Gang of Four设计模式之一,常用于需要控制资源访问或者管理共享资源的场景,如数据库连接、日志记录、应用配置等。

单例模式的实现通常涉及以下几个关键步骤:

将类的构造函数设为私有,阻止外部通过new操作符创建类的实例。

在类内部创建一个该类的静态私有实例。

提供一个公共的静态方法,用于获取这个类的唯一实例。

实现方式

单例模式有几种不同的实现方式,每种方式都有其适用的场合:

懒汉式(Lazy Initialization) - 实例在首次使用时创建。

饿汉式(Eager Initialization) - 实例在类被加载时创建。

双重检查锁定(Double-Checked Locking) - 结合了懒汉式和同步锁的优点,实现了线程安全同时又确保了性能。

静态内部类(Static Inner Class) - 利用Java语言特性,实现了懒加载和线程安全的单例。

枚举(Enum) - 利用枚举的特性,实现单例,并自动支持序列化机制防止多次实例化。

示例代码

以下是懒汉式的一个简单实现:

public class Singleton {

    private static Singleton instance;

    private Singleton() { }

    public static synchronized Singleton getInstance() {

        if (instance == null) {

            instance = new Singleton();

        }

        return instance;

    }

}

这种实现方式是线程安全的,但是每次调用getInstance()时都会进行同步,这会导致不必要的同步开销。在多线程情况下,这个开销可能会显著影响性能。

为了提高性能,我们可以使用双重检查锁定:

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;

    }

}

双重检查锁定先测试实例是否已经创建,如果尚未创建,才进行同步。这种方式绝大多数情况下不需要同步。

另一种实现模式是使用静态内部类:

public class Singleton {

    private Singleton() { }

    private static class SingletonHolder {

        private static final Singleton INSTANCE = new Singleton();

    }

    public static Singleton getInstance() {

        return SingletonHolder.INSTANCE;

    }

}

这个模式利用了类加载机制来保证初始化实例时只有一个线程。SingletonHolder 是一个静态内部类,它包含一个静态属性INSTANCE,当SingletonHolder类被加载到内存时会初始化INSTANCE对象,而且由于是静态的,这个过程只会执行一次。

最后,枚举的实现方式是最简单的,而且无偿提供了序列化机制,并由JVM从根本上提供保障,不会通过反射攻击重新创建新的实例。

public enum Singleton {

    INSTANCE;


    public void doSomething() {

        // Perform operation here

    }

}

在这个枚举类的实现中,INSTANCE 是一个枚举元素,它被构造成Singleton的一个实例。使用枚举来实现单例模式是无法通过反射创建枚举对象的,而且它更简洁,并且自动支持序列化机制,防止多次实例化。

每种实现方法都有各自的适应场景,考虑因素包括性能需求、资源管理以及平台和语言特性。在实际应用中,应当根据具体情况选择合适的单例实现方式。

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