一文彻底学会单例模式

news2024/10/9 17:20:03

一、为什么使用单例模式？

单例模式是一种创建型设计模式，目的是确保一个类在应用程序中只有一个实例，并提供全局访问点。以下是使用单例模式的几个好处

资源节省：对于需要频繁创建和销毁的对象，比如数据库连接或日志记录器，使用单例模式可以节约系统资源。
全局访问：提供一个全局的访问点，便于访问共享资源。
控制实例数量：确保一个类只有一个实例，避免对资源的多重占用。

二、单例模式是什么？

单例模式限制类的实例化次数为一次，并通过提供一个静态方法来获取该实例。下面是几种常见的实现方式：

懒汉式：实例在第一次使用时创建，不适用于多线程环境。
饿汉式：类加载时即创建实例，线程安全。
双重检查锁定：结合懒汉和饿汉的优点，适用于多线程。
静态内部类：利用JVM的类加载机制实现线程安全和延迟加载。

三、怎么用单例模式？

一、懒汉式（线程不安全）

这种方式只适合单线程使用，多线程下有会实例化多个对象

public class Single {
    private static Single instance;
 
    private Single(){
        System.out.println("实例化Single对象");
    }
    public static Single getInstance(){
        if (instance == null) instance = new Single();
        return instance;
    }
}

public class test {
    public static void main(String[] args) {
        for (int i = 0; i < 100; i++) {
            Single.getInstance();
        }
    }
}
测试结果：
    /*
    实例化Single对象
    Process finished with exit code 0
    */

二、懒汉式（线程安全）

只需添加一个synchronized 关键字即可，也就是常见的加锁操作。

public class Single {
    private static Single instance;
 
    private Single(){
        System.out.println("实例化Single对象");
    }
    public synchronized static Single getInstance(){
        if (instance == null) instance = new Single();
        return instance;
    }
}

public class test {
    public static void main(String[] args) {
        for (int i = 0; i < 10; i++) {
            new Thread(()->{
                Single.getInstance();
            }).start();
        }
    }
}
测试结果：
    /*
    实例化Single对象
    Process finished with exit code 0
    */

在多线程环境中使用 synchronized 可以确保实例只被创建一次，但它会导致系统资源的浪费。假设我们进行10次调用，每次都会经过加锁过程，实际上我们只需在第一次实例化时加锁。后续的调用仅需要进行逻辑判断，而不必再实例化对象。因此，我们可以引入一种优化方法，减少锁的使用频率，也就是在类加载时直接实例化对象。

三、饿汉式

在饿汉式单例模式中，类的实例是在类加载时就被创建的，这样确保了线程安全和唯一性，但也可能导致资源浪费，因为无论是否需要这个实例，都会在启动时被创建。

public class Single {
   // 在类加载时就创建实例 无论使用不使用 都会创建  会造成资源浪费
    private static final Singleton instance = new Singleton();
    private static Single instance = new Single();
 
    private Single(){
        System.out.println("实例化Single对象");
    }
    public  static Single getInstance(){
        return instance;
    }
}

四、双重检查锁定：结合懒汉和饿汉的优点，适用于多线程。

双重检查锁定旨在减少不必要的同步，提高性能。它结合了懒汉式和饿汉式的优点：

懒汉式加载：只有在需要时才创建实例。
线程安全：通过同步块和双重检查，确保多线程环境下实例的唯一性。

public class Singleton {
    private volatile static Singleton instance;

    private Singleton() {}

    public static Singleton getInstance() {
    //第一次检查：避免不必要的同步，提高性能。如果实例已存在，直接返回。
        if (instance == null) {
            synchronized (Singleton.class) {
            //第二次检查：在同步块内再次检查，确保实例未被其他线程创建。只在第一次时创建实例。
                if (instance == null) {
                    instance = new Singleton();
                }
            }
        }
        return instance;
    }
}

五、静态内部类。

静态内部类利用JVM类加载机制，在类加载时并不会立即创建实例，而是在调用 getInstance() 方法时才创建，实现了延迟加载和线程安全。

public class Singleton {
    private Singleton() {}

    private static class Holder {
        private static final Singleton INSTANCE = new Singleton();
    }

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