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【设计模式-单例】

news 来源：原创 2024/9/20 22:28:38

定义

单例设计模式是一种创建型设计模式，它确保一个类只有一个实例，并提供一个全局访问点来访问该实例。单例模式常用于需要控制资源的共享访问、实现全局配置、日志记录等场景。

特点

唯一性：类的实例是唯一的，且只有一个。
全局访问点：提供一个静态方法，允许外界获取这个唯一实例。

实现单例模式的步骤

私有化构造方法：防止外部通过构造方法直接创建对象。
创建私有静态实例：该实例是类的唯一实例。
提供公有静态方法：通过这个方法获取唯一实例。

实现方式

饿汉式

public class Singleton {  private static Singleton instance = new Singleton();  private Singleton (){}  public static Singleton getInstance() {  return instance;  }  
}

懒汉式（线程不安全）

public class LazySingleton {private static LazySingleton instance;private LazySingleton() {}//懒汉式，线程不安全public static LazySingleton getInstance() {if (instance==null) {instance=new LazySingleton();}return instance;}
}

懒汉式（线程安全）

public class LazySingleton {private static LazySingleton instance;private LazySingleton() {}//懒汉式，线程安全,但效率低public static synchronized LazySingleton getInstanceSafe() {if (instance==null) {instance = new LazySingleton();}return instance;}
}

静态内部类

public class Singleton {  // 静态内部类private static class SingletonHolder {  private static final Singleton INSTANCE = new Singleton();  }  private Singleton (){}  public static final Singleton getInstance() {  return SingletonHolder.INSTANCE;  }  
}

静态内部类

延迟加载：静态内部类是在第一次被访问时加载，保证了延迟加载（Lazy Initialization）。这意味着如果程序运行期间从未调用 getInstance() 方法，SingletonHelper 类和 INSTANCE 实例都不会被加载和创建。
线程安全性：JVM 的类加载机制天然具有线程安全性，保证了类加载和静态变量初始化的过程不会被多线程打断。因此，即使在多线程环境下，静态内部类的单例模式也无需显式同步。

双重检查锁定

public class Singleton {private static volatile Singleton instance;private Singleton() {// 初始化代码}public static Singleton getInstance() {if (instance == null) {synchronized (Singleton.class) {if (instance == null) {instance = new Singleton();}}}return instance;}
}

volatile

可见性：在多线程编程中，每个线程都有自己的工作内存，线程从主内存中读取变量的值到自己的工作内存中，进行操作后再写回主内存。这意味着，如果一个线程更新了一个变量的值，其他线程可能无法立即看到这个变化。
当一个变量被声明为 volatile，它确保了该变量的修改对所有线程立即可见。也就是说，当一个线程修改了 volatile 变量的值，这个新值会立即被写回主内存，而其他线程读取这个变量时，也会直接从主内存读取最新的值。
防止指令重排序：指令重排序是指编译器或处理器在优化代码时，为了提高性能，可能会改变指令的执行顺序。虽然单线程下这种优化通常不会影响程序的正确性，但在多线程环境中可能导致意想不到的错误。
当一个变量被声明为 volatile 时，它会禁止 JVM 对这个变量的读写操作进行指令重排序。即使是在多线程环境下，所有对这个变量的读写操作都会按照程序中出现的顺序执行，从而防止由于指令重排序而导致的并发问题。