单例模式详解

文章目录

一、概述
二、单例模式的实现
三、总结

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）