单例设计模式

单例设计模式

单例设计模式

简介

单例模式（Singleton Pattern）是 Java 中最简单的设计模式之一。这种类型的设计模式属于创建型模式，它提供了一种创建对象的最佳方式。

这种模式涉及到一个单一的类，该类负责创建自己的对象，同时确保只有单个对象被创建。这个类提供了一种访问其唯一的对象的方式，可以直接访问，不需要实例化该类的对象。

代码讲解

首先需要知道的是单例模式分为两种创建方式：

1. 饿汉式
   • 类加载不会导致该单实例对象被创建，而是首次使用该对象时才会创建。
2. 懒汉式
   • 类加载就会导致该单实例对象被创建。

饿汉式

首先需要知道的就是，饿汉式是线程安全的，缺点就是可能造成内存的浪费问题。

方式一（静态变量法）

代码讲解：

代码语言：javascript代码运行次数：0运行复制

public class Singleton {
    // 首先的第一步就是把构造方法定义为
    // 私有变量
    private Singleton(){};

    // 在成员位置使用静态方法创建该类
    private static Singleton instance = new Singleton();

    // 对外提供静态方法获取该对象
    public static Singleton getInstance() {
        return instance;
    }
}

代码分析： 该方法是把instance对象定义为static静态成员变量，该对象会随着类的加载而创建，这样会导致一个问题，如果该对象所占用的内存比较大的话，那么如果这个对象一直得不到使用，会造成内存的严重的浪费问题。

方式二（静态代码块方式）

代码讲解：

代码语言：javascript代码运行次数：0运行复制

package springbootstudy;

public class Singleton {
    // 首先的第一步就是把构造方法定义为
    // 私有变量
    private Singleton(){};

    // 在成员位置使用静态方法创建该类
    private static Singleton instance;

    // 通过静态代码块的成员初始化表的形式 进行创建
    static {
        instance = new Singleton();
    }
    // 对外提供静态方法获取该对象
    public static Singleton getInstance() {
        return instance;
    }
}

代码分析： 第二种方式相比于，第一种方式的区别在于，生成的方式不一样，是在静态代码块中生成的，但是产生的结果是一样的，就是对象随着类的加载而创建，也存在内存浪费问题。

懒汉式

方式一（线程不安全）

代码讲解：

代码语言：javascript代码运行次数：0运行复制

public class Singleton {
    // 首先的第一步就是把构造方法定义为
    // 私有变量
    private Singleton(){};

    // 在成员位置使用静态方法创建该类
    private static Singleton instance;

    // 对外提供静态方法获取该对象
    public static Singleton getInstance() {
        // 这个单例还没有被创建 那么就创建一个
        if (instance == null){
            instance = new Singleton();
        }
        return instance;
    }
}

代码分析： 上面的这种方式在单线程的时候是没有问题的，但是当运用到多线程环境的时候，就会出现线程安全问题，多个空的instance对象同时进行请求，那么就会出现线程安全问题。

方式二（线程安全，利用锁来实现）

代码讲解：

代码语言：javascript代码运行次数：0运行复制

public class Singleton {
    // 首先的第一步就是把构造方法定义为
    // 私有变量
    private Singleton(){};

    // 在成员位置使用静态方法创建该类
    private static Singleton instance;

    // 对提供的静态方法获取该对象
    // 通过上锁的方式来解决多线程不安全的问题
    public static synchronized Singleton getInstance() {
        // 这个单例还没有被创建 那么就创建一个
        if (instance == null){
            instance = new Singleton();
        }
        return instance;
    }
}

代码分析： 该方法虽然解决了线程安全问题，但是通过在getInstance()方法上面加上synchronized关键字，会大大降低该方法的执行效率，然后我们分析可知，线程安全问题，主要是会在初始化instance的时候出现，当初始化完成之后，就不存在了，所以前辈们就提出了这种方案。

方式三（双重检查锁）

代码讲解：

代码语言：javascript代码运行次数：0运行复制

public class Singleton {
    // 首先的第一步就是把构造方法定义为
    // 私有变量
    private Singleton(){};

    // 在成员位置使用静态方法创建该类
    private static Singleton instance;

    // 对提供的静态方法获取该对象
    // 通过上锁的方式来解决多线程不安全的问题
    public static Singleton getInstance() {
        // 第一次判断 如果instance不为空 那么就直接返回实例
        // 不进入抢锁阶段
        if (instance == null){
            synchronized (){
                // 反之当进入抢锁阶段后 再判断一次
                // 对象是否为空
                // 通过这种双重检测的方式，大大提高了效率
                if(instance == null) {
                    instance = new Singleton();
                }
            }
        }
        return instance;
    }
}

代码分析： 该方法是一种非常好的单例模式，在性能与线程安全上都实现了很好的优化，但是还是存在着问题，比如在多线程的情况下，还是会出现空指针问题，该问题是JVM本身的问题，JVM在实例化对象的时候会进行优化与指令重排序操作，从而导致空指针问题。 想要解决这个问题,只需要private static Singleton instance;，前面加上volatile关键字即可。 也就是private static volatile Singleton instance;

本文参与 腾讯云自媒体同步曝光计划，分享自作者个人站点/博客。 原始发表：2025-01-20，如有侵权请联系 cloudcommunity@tencent 删除前往查看对象多线程设计模式线程安全变量