当然了解,设计模式是软件设计中针对常见问题的通用、可复用的解决方案。它能让代码更易于维护、扩展和复用。

饿汉式懒汉式单例模式的两种经典实现方式。

核心概念:单例模式

  • 目的:确保一个类只有一个实例,并提供一个全局访问点来获取这个实例。
  • 应用场景:比如数据库连接池、线程池、日志对象、应用的配置类等。这些对象在程序中只需要一个实例即可,创建多个实例会浪费资源或导致行为异常。

饿汉式

核心思想:“饿”,顾名思义,很饥饿,所以在类加载的时候就已经创建好实例,不管后面用不用,先创建了再说。

特点

  • 线程安全:因为实例的创建是在类加载阶段完成的,这个阶段由JVM保证线程安全。
  • 加载慢,获取快:类一加载就初始化实例,可能会稍微拖慢启动速度,但获取实例对象的速度非常快。

代码示例

public class SingletonEager {
    // 1. 私有静态实例,在类加载时就直接创建
    private static final SingletonEager INSTANCE = new SingletonEager();

    // 2. 私有构造函数,防止外部通过 new 关键字创建实例
    private SingletonEager() {}

    // 3. 公共的静态方法,用于获取唯一实例
    public static SingletonEager getInstance() {
        return INSTANCE;
    }
}

优点:实现简单,绝对线程安全。
缺点:如果这个实例非常耗费资源,但在整个程序运行过程中又可能用不到,就会造成资源的浪费。

懒汉式

核心思想:“懒”,很懒惰,所以只有在第一次被用到的时候才创建实例

特点

  • 资源利用率高:只有在需要的时候才创建,避免了不必要的资源消耗。
  • 加载快,获取慢(第一次) :类加载时不初始化,第一次调用 getInstance() 时才创建,所以第一次获取会稍慢。

基础版(非线程安全)

这个版本在多线程环境下会出问题。

public class SingletonLazy {
    private static SingletonLazy instance; // 不直接初始化

    private SingletonLazy() {}

    public static SingletonLazy getInstance() {
        // 判断如果实例为空,则创建
        if (instance == null) {
            instance = new SingletonLazy(); // 问题所在:多个线程可能同时进入这里
        }
        return instance;
    }
}

改进版(线程安全,使用 synchronized)

通过给方法加锁来解决线程安全问题,但效率较低。

public class SingletonLazySync {
    private static SingletonLazySync instance;

    private SingletonLazySync() {}

    // 使用 synchronized 关键字,保证同时只有一个线程能进入该方法
    public static synchronized SingletonLazySync getInstance() {
        if (instance == null) {
            instance = new SingletonLazySync();
        }
        return instance;
    }
}

最优版(双重检查锁 DCL)

为了兼顾线程安全和效率,我们只在实例还没创建的时候进行同步。

public class SingletonLazyDCL {
    // 使用 volatile 关键字,防止指令重排,保证可见性
    private static volatile SingletonLazyDCL instance;

    private SingletonLazyDCL() {}

    public static SingletonLazyDCL getInstance() {
        // 第一次检查,如果实例已存在,则直接返回,避免进入同步块,提高效率。
        if (instance == null) {
            // 加锁,确保只有一个线程能进入同步块
            synchronized (SingletonLazyDCL.class) {
                // 第二次检查,防止在等待锁的过程中,已有其他线程创建了实例。
                if (instance == null) {
                    instance = new SingletonLazyDCL();
                }
            }
        }
        return instance;
    }
}

为什么用 ****volatile
instance = new SingletonLazyDCL(); 这行代码不是一个原子操作,它分为三步:

  1. 分配内存空间
  2. 初始化对象
  3. 将 instance 指向分配的内存地址

如果没有 volatile,JVM 可能会进行指令重排序,导致步骤 3 在步骤 2 之前执行。这样另一个线程可能在第一次检查时看到 instance 不为 null(已经指向了内存地址),但对象还没有初始化完成,从而拿到一个不完整的对象。volatile 可以禁止这种重排序。

总结对比

特性饿汉式懒汉式(基础版)懒汉式(双重检查锁)
创建时机类加载时第一次调用 getInstance()第一次调用 getInstance()
线程安全
资源利用差,可能浪费
性能获取实例快(线程不安全,无意义)第一次稍慢,之后快
实现难度简单简单复杂

在现代 Java 开发中,还有更简洁的实现单例的方式,比如使用 枚举(Enum) ,它天生就是单例的,并且能防止反射和反序列化攻击,是《Effective Java》作者强烈推荐的方式。

public enum SingletonEnum {
    INSTANCE; // 这就是单例的实例

    public void doSomething() {
        // ... 业务方法
    }
}
// 使用:SingletonEnum.INSTANCE.doSomething();
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