Java设计模式-(创建型)单例模式

代码仓库:https://gitee.com/yangsiyuan/Design-Pattern

创建型设计模式:聚焦于实例化对象,通常提供一种隐藏创建逻辑的形式,取代直接使用new运算符实例化对象

写在前面的话

  • 一般而言,建议使用2.3 饿汉模式
  • 若明确需要懒汉模式,建议使用2.5 静态内部类模式
  • 有装逼需求,建议使用2.4 双重检验锁模式
  • 如果涉及到反序列化创建对象时,可以尝试使用2.6 枚举模式

1. 定义

单例模式是最简单的设计模式,提供一个类用于创建自己的对象,并且只允许有一个对象被创建

  • 核心定义:保证一个类仅有一个实例,并对外提供访问入口

  • 优点:避免了频繁地创建与销毁对象

  • 应用场景:Spring容器中管理的bean默认即为单例模式(scope=singleton),且默认为饿汉模式,即容器启动时为所有的bean均构造一个实例。

2. 代码实现

实现注意点:

  1. 类的构造方法必须是private,不允许直接new对象
  1. 对外提供一个static方法,供外部获取实例

2.1 懒汉模式(线程不安全)

懒汉模式:即在使用对象的时候,才去创建对象

public class Singleton {  
    // 定义一个static的本对象
    private static Singleton instance;  
    
    // 构造方法私有
    private Singleton (){}  
  
    // 静态方法,供外部调用【此处线程不安全,可能同时被调用,构造多个对象】
    public static Singleton getInstance() { 
        // 判断是否已存在对象
        if (instance == null) {  
            // 不存在则new一个
            instance = new Singleton();  
        }  
        return instance;  
    }  
    
    // 属性及其getter、setter省略
    ......
}


public class SingletonPatternTest {
   public static void main(String[] args) {
      //获取唯一可用的对象
      Singleton object = Singleton.getInstance();
      ......
   }
}

2.2 懒汉模式(线程安全)

相较于"2.1 懒汉模式(线程不安全)",对getInstance进行加锁,保证线程安全

public class Singleton {  
    private static Singleton instance;  
    private Singleton (){}  
    // 通过synchronized进行加锁
    public static synchronized Singleton getInstance() {  
        if (instance == null) {  
            instance = new Singleton();  
        }  
        return instance;  
    }  
}

2.3 饿汉模式

饿汉模式:即类加载时就创建对象,基于 classloader 机制避免了多线程的同步问题

  • 优点:无需加锁,即可保证线程安全,效率高
  • 缺点:类加载时就初始化,浪费内存
public class Singleton {  
 // 类加载时,即构建对象
 private static Singleton instance = new Singleton();
 private Singleton (){}
 public static Singleton getInstance() {
 return instance;
 }
}

2.4 双重检验锁模式(懒汉优化)

双重锁模式:通过对象锁,在多线程情况下保持高性能

  • 优化原理:2.2中每次仅允许一个线程调用getSingleton();但是当前方法,允许同时调用getSingleton,若singleton != null则直接返回实例,只有singleton为空时,才会触发锁机制
public class Singleton {  
 private volatile static Singleton singleton;
 private Singleton (){}
 public static Singleton getSingleton() {
 if (singleton == null) {
 // 对Singleton.class加锁
 synchronized (Singleton.class) {
 if (singleton == null) {
 singleton = new Singleton();
 }
 }
 }
 return singleton;
 }
}

2.5 静态内部类模式(懒汉优化)

该方法,与双检锁方式结果一样,但实现更简单

  1. 基于classloader机制加载SingletonHolder类,保证了只有一个实例
  1. 只有在调用getInstance()方法的时候,才会触发INSTANCE实例的初始化,实现了懒汉
public class Singleton {  
 private Singleton (){} 

 // 静态内部类,SingletonHolder被调用时触发,实际为懒加载效果;
 // 同时利用classloader 机制来保证初始化 instance 时只有一个线程
 private static class SingletonHolder {
 private static final Singleton INSTANCE = new Singleton();
 }

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

2.6 枚举模式

Effective Java 作者 Josh Bloch 提倡的方式,它不仅能避免多线程同步问题,而且还自动支持序列化机制,防止反序列化重新创建新的对象,绝对防止多次实例化

public enum EnumSingleton {
    // 枚举,只会有一个实例
    INSTANCE;

    public void whoAreU(String name, Integer age){
        System.out.println("my name is" + name + ", i am " + age + "years old!!");
    }
}
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