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设计模式笔记_创建型_单例模式

ai 2025/6/18 19:25:29

1.单例模式介绍

1.1 简介

单例(Singleton)模式是一种创建型设计模式，旨在确保一个类只有一个实例，并提供一个全局访问点来获取该实例。这在需要对某个资源进行集中管理或限制其实例化时非常有用，比如日志记录器、配置管理器或者连接池。

可以将Singleton模式类比为一个总统职位。在一个国家里，通常只能有一个总统，这个职位的独特性意味着不管你在哪里提到总统，都指的是同一个人。这个职位的管理需要集中化，这样才能确保权力和决策的一致性。

1.1 实现要点:

私有构造函数：阻止外部类直接实例化。
静态实例：在类内部创建一个静态实例。
公共静态方法：提供一个公共的静态方法来获取唯一的实例。

1.2 使用演示

step1. 新建单例类：

/*** 实现要点* - 私有构造函数：阻止外部类直接实例化。* - 静态实例：在类内部创建一个静态实例。* - 公共静态方法：提供一个公共的静态方法来获取唯一的实例。*/
public class Singleton {/*** 私有静态实例，确保唯一性*/private static Singleton instance;/*** 私有构造函数，防止外部实例化*/private Singleton() {}/*** 公共静态方法，提供全局访问点** @return Singleton*/public static synchronized Singleton getInstance() {if (instance == null) {instance = new Singleton();}return instance;}/*** 示例方法*/public void showMessage() {System.out.println("Hello, I am a Singleton!");}}

step2. 调用单例方法

public class SingletonDemo {public static void main(String[] args) {// 获取Singleton实例Singleton singleton = Singleton.getInstance();// 调用实例方法singleton.showMessage();}
}

2.单例实现方式

2.1 饿汉式

代码：

public class HungryStyleIdGenerator {/*** 在类加载的时候，instance静态实例就已经创建并初始化好了*/private static final HungryStyleIdGenerator INSTANCE = new HungryStyleIdGenerator();private final AtomicLong atomicLong = new AtomicLong(0);private HungryStyleIdGenerator() {}public static HungryStyleIdGenerator getInstance() {return INSTANCE;}public long getId() {return atomicLong.incrementAndGet();}
}

优点：

实现最简单
线程绝对安全
没有并发性能损耗

缺点：

非延迟加载（类加载时立即初始化）
可能造成资源浪费

适用场景：

实例较小且使用频繁
对内存敏感的系统中慎用

2.2 懒汉式

代码：

public class LazyStyleIdGenerator {private static LazyStyleIdGenerator INSTANCE;private final AtomicLong atomicLong = new AtomicLong(0);private LazyStyleIdGenerator() {}/*** 方法加了锁，导致这个函数的并发度很低(并发度为1)*/public static synchronized LazyStyleIdGenerator getInstance() {if (INSTANCE == null) {INSTANCE = new LazyStyleIdGenerator();}return INSTANCE;}public long getId() {return atomicLong.incrementAndGet();}
}

优点：

实现简单
延迟加载（按需初始化）
线程安全

缺点：

并发度低
代码相对复杂

适用场景：

实例创建成本高且使用频率不确定时
需要严格控制资源分配的场景

2.3 双重检测

代码：

public class DoubleCheckStyleIdGenerator {private static DoubleCheckStyleIdGenerator INSTANCE;private final AtomicLong atomicLong = new AtomicLong(0);private DoubleCheckStyleIdGenerator() {}/*** 只要instance被创建之后，即便再调用getInstance()函数也不会再进入到加锁逻辑中了。所以，这种实现方式解决了懒汉式并发度低的问题。*/public static DoubleCheckStyleIdGenerator getInstance() {if (INSTANCE == null) {synchronized (DoubleCheckStyleIdGenerator.class) {if (INSTANCE == null) {INSTANCE = new DoubleCheckStyleIdGenerator();}}}return INSTANCE;}public long getId() {return atomicLong.incrementAndGet();}
}

优点：

延迟加载
高并发性能好
内存占用优化

缺点：

实现复杂
可读性较差

适用场景：

高并发系统中需要延迟加载
对性能要求极高的场景

2.4 静态内部类

代码：

/*** instance的唯一性、创建过程的线程安全性，都由JVM来保证。** Java的类加载机制是线程安全的，具体由JVM保证：* - 当多个线程同时尝试访问一个未加载的类时，JVM会确保只由一个线程触发类的初始化，其他线程会等待。* - 类的初始化（包括静态代码块和静态变量赋值）是同步的，通过Class对象的锁（monitor）实现。
*/
public class StaticInnerClassStyleIdGenerator {private final AtomicLong atomicLong = new AtomicLong(0);private StaticInnerClassStyleIdGenerator() {}/*** 静态内部类，当外部类 StaticInnerClassStyleIdGenerator 被加载的时候，并不会创建SingletonHolder实例对象。* 只有当调用getInstance()方法时，SingletonHolder才会被加载，这个时候才会创建instance。*/private static class SingletonHolder {private static final StaticInnerClassStyleIdGenerator INSTANCE = new StaticInnerClassStyleIdGenerator();}public static StaticInnerClassStyleIdGenerator getInstance() {return SingletonHolder.INSTANCE;}public long getId() {return atomicLong.incrementAndGet();}
}

优点：

实现简单优雅
延迟加载
线程安全
不需要额外同步代码

缺点：

JVM类加载机制依赖

适用场景：

推荐作为默认实现方式
适用于大多数单例需求场景

2.5 枚举

代码：

public enum EnumStyleIdGenerator {/*** 通过Java枚举类型本身的特性，保证了实例创建的线程安全性和实例的唯一性*/INSTANCE;private final AtomicLong atomicLong = new AtomicLong(0);public long getId() {return atomicLong.incrementAndGet();}
}

优点：

简洁优雅
天然线程安全
防止反序列化破坏
防止反射攻击
支持序列化

缺点：

不支持延迟初始化
不符合传统单例模式结构

适用场景：

需要绝对线程安全的场景
需要序列化的单例对象
项目规范允许使用枚举时

2.6 单例的5种实现方式对比

实现方式	延迟加载	线程安全	反射破坏	序列化安全	性能	推荐度
饿汉式	❌	✅	❌	❌	最高	★★★☆
懒汉式	✅	✅	❌	❌	中等	★★☆
双重检查(DCL)	✅	✅	❌	❌	高	★★★☆
静态内部类	✅	✅	❌	❌	高	★★★★☆
枚举	❌	✅	✅	✅	高	★★★★