JavaEE 初阶篇-深入了解单例模式（经典单例模式：饿汉模式、懒汉模式）

news2024/11/26 9:49:06

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文章目录

1.0 单例模式的概述

2.0 单例模式 - 饿汉式单例

2.1 关于饿汉式单例的线程安全问题

3.0 单例模式 - 懒汉式单例

3.1 关于懒汉式单例的线程安全问题

3.1.1 加锁 synchronized 方法

3.1.2 双重检查锁定

1.0 单例模式的概述

单例模式是一种常见的设计模式，其核心思想是确保一个类只有一个实例，并提供一个全局访问点来访问这个实例。单例模式通常用于需要全局访问点且只需要一个实例的情况。

单例特点包括：

1）一个类只有一个实例对象。

2）提供全局访问点，允许其对象访问这个实例。

3）通过静态方法或静态变量实现。

常见的单例模式实现方法包括：

1）饿汉式单例：在类加载时即创建实例。

2）懒汉式单例：在第一次使用时创建实例。

使用单例模式的好处：

使用单例模式可以避免多次实例化对象，节省内存资源，并且提供一个统一的访问点，方便管理和维护。

2.0 单例模式 - 饿汉式单例

“饿汉”顾名思义，有迫不及待的意思，看到食物就迫切想吃。因此，在类加载的时候，需要立即创建实例对象。为了保证只有一个实例对象，对外的静态对象实例需要封装起来，且对外的构造器也需要封装起来，对外有一个获取实例对象的静态方法即可。

代码如下：

public class Singleton {
    // 在类加载时即创建实例对象
    private static Singleton instance = new Singleton();

    // 将构造器设为私有，外部无法直接实例化
    private Singleton() {
    }

    // 提供一个公共的静态方法来获取实例对象
    public static Singleton getInstance() {
        return instance;
    }

    // 其他方法和属性
}
通过这种方式，可以保证在程序运行过程中始终只有一个实例对象存在，且外部通过静态方法 getInstance() 来获取实例对象，确保了单例模式的实现。这种方式适合在程序初始化时就需要创建实例对象的情况下使用。

2.1 关于饿汉式单例的线程安全问题

在“饿汉式”单例模式中，由于在类加载时就创建实例对象，并且在静态变量中直接初始化实例，因此在多线程环境下是线程安全的。

类加载过程是由类加载器负责，保证了在多线程环境下只会加载一次类，因此也只会创建一个实例对象。

因此，如果使用“饿汉式”单例模式，在多线程环境下不需要额外的同步措施，可以保证线程安全。每个线程在访问该单例类的时候都会得到同一个实例对象，不会出现多个实例对象被创建的情况。

3.0 单例模式 - 懒汉式单例

当需要获取第一个实例对象的时候，才会去创建实例对象。

为了保证该类只有一个实例对象，需要对外的构造方法封装，在还没获取实例对象的时候，将静态变量赋值为 null 。再提供一个静态方法来获取实例对象，当获取实例对象的时候，先会判断还对象的变量是否为 null ，如果为 null 时，这时候需要立即创建对象，然后返回该对象；如果实例对象的变量不为 null 时，直接方法该实例对象。

代码如下：

public class SingletonLazy {
    private static SingletonLazy singleton = null;
    //私有的构造方法
    private SingletonLazy(){

    }
    //获取实例对象的方法，变量不为 null 的时候直接返回该实例对象
    public static SingletonLazy getInstance(){
        if (singleton == null){
            singleton = new SingletonLazy();
        }
        return singleton;
    }
    //其他方法和属性

}

3.1 关于懒汉式单例的线程安全问题

懒汉式单例模式在多线程环境下存在安全问题，需要通过加锁等方式来解决。

在懒汉单例模式中，实例对象在第一次被调用时才会被创建，如果这时候，多个线程同时调用 getInstance() 方法，可能会导致多个实例对象被创建，破环了单例的特性。

解决方法：可以通过加锁方式来确保线程安全

3.1.1 加锁 synchronized 方法

在 getInstance() 方法上加上 synchronized 关键字，确保在多线程环境下只有一个线程可以进入该方法，保证只创建一个实例对象。但是这种方式会影响性能，因为每次调用 getInstance() 都需要获取锁。

代码如下：

public class SingletonLazy {
    private static SingletonLazy singleton = null;
    //私有的构造方法
    private SingletonLazy(){

    }
    //获取实例对象的方法，变量不为 null 的时候直接返回该实例对象
    public static synchronized SingletonLazy getInstance(){
        if (singleton == null){
            singleton = new SingletonLazy();
        }
        return singleton;
    }
    //其他方法
    public void fun(){
        System.out.println("懒汉单例模式");
    }
}

在静态方法 getInstance() 方法上加上了 synchronized 修饰。每当多线程抢占获取锁的时候，没有获取锁的线程需要阻塞等待。这就保证了线程安全问题。

3.1.2 双重检查锁定

从代码执行效率这方面来看，每一个获取实例对象的时候，都需要阻塞等待，且只有创建对象的时候才需要真正的用到锁这个作用，其余大部分不需要来创建实例对象，只需要获取实例对象。

在 getInstance() 方法中进行双重检查，先判断实例是否已经被创建，如果没有再进行加锁创建实例。这种方式可以减少加锁的次数，提高性能。

优化代码如下：

public class SingletonLazy {
    private static volatile SingletonLazy singleton = null;
    //私有的构造方法
    private SingletonLazy(){

    }
    //获取实例对象的方法，变量不为 null 的时候直接返回该实例对象
    public static SingletonLazy getInstance(){
        if (singleton == null){
            synchronized (SingletonLazy.class){
                if (singleton == null){
                    singleton = new SingletonLazy();
                }
            }
        }
        return singleton;
    }
    //其他方法
    public void fun(){
        System.out.println("懒汉单例模式");
    }
}
第一个 if 判断是否要加锁，实例化之后，线程自然安全，就无需加锁了，实例化之前， new 之前，就应该加锁。

第二个 if 判断是否要创建对象。

通过双重 if 避免了不可重复读带来的负面影响，避免了重复创建对象。