JAVA单例模式介绍及使用

什么是单例模式？

单例模式是一种设计模式，用于确保一个类只有一个实例，并提供全局访问点来访问该实例。这种模式在需要控制资源并防止多个对象同时访问该资源的情况下非常有用。在JAVA中，单例模式非常常见，并且可以通过不同的方式实现。在本篇博客中，我们将介绍JAVA单例模式的一些常见实现方式及其使用方法。

为什么要使用单例模式？

在某些场景下，我们需要确保某个类只有一个实例对象，例如：

• 数据库连接池：如果每次访问数据库都创建一个新的连接，会造成资源浪费和性能下降，而且可能导致连接数超过限制。如果使用一个共享的连接池，可以避免这些问题。
• 配置文件读取器：如果每次读取配置文件都创建一个新的读取器，会造成文件重复打开和关闭，而且可能导致数据不一致。如果使用一个共享的读取器，可以提高效率和准确性。
• 日志记录器：如果每次记录日志都创建一个新的记录器，会造成文件重复写入和锁竞争，而且可能导致日志丢失或混乱。如果使用一个共享的记录器，可以保证日志的完整性和顺序。

单例模式实现

在JAVA中实现单例模式有多种方式，主要有以下几种：

• 饿汉式：在类加载时就创建唯一的实例对象，并提供一个静态方法来获取它。这种方式简单易实现，但是可能造成内存浪费，因为无论是否需要使用该对象，都会提前创建。
• 懒汉式：在第一次调用静态方法时才创建唯一的实例对象，并返回给调用者。这种方式可以避免内存浪费，但是需要考虑线程安全问题，因为多个线程可能同时调用该方法，并导致多个对象被创建。
• 双重检查锁：在懒汉式的基础上增加了两次判断和一次同步锁来保证线程安全。这种方式可以既避免内存浪费又保证线程安全，但是代码较复杂，并且依赖于JVM对volatile关键字的支持。
• 静态内部类：利用了类加载机制来保证线程安全。当外部类被加载时，并不会立即加载内部类；当调用静态方法时才会加载内部类，并创建唯一的实例对象。这种方式既简洁又高效。
• 枚举：利用了枚举类型本身就是单例的特性来实现单例模式。这种方式不仅能防止反射和序列化破坏单例，而且代码更简洁。

懒汉式单例模式

懒汉式单例模式是一种延迟实例化的方式。它只在需要时才创建类的实例，并在以后的调用中重复使用该实例。以下是懒汉式单例模式的JAVA代码实现：

public class LazySingleton {private static LazySingleton instance;private LazySingleton() {}public static LazySingleton getInstance() {if (instance == null) {instance = new LazySingleton();}return instance;}
}

在懒汉式单例模式中，getInstance() 方法检查 instance 是否已经被实例化。如果没有，它将创建一个新实例并将其赋值给 instance 变量。如果实例已经存在，它将返回该实例。由于这种方式是延迟实例化的，所以它是线程不安全的。如果多个线程同时调用 getInstance() 方法，可能会创建多个实例。为了避免这种情况，我们可以使用双重检查锁定机制，如下所示：

public class ThreadSafeLazySingleton {private static volatile ThreadSafeLazySingleton instance;private ThreadSafeLazySingleton() {}public static ThreadSafeLazySingleton getInstance() {if (instance == null) {synchronized (ThreadSafeLazySingleton.class) {if (instance == null) {instance = new ThreadSafeLazySingleton();}}}return instance;}
}

在双重检查锁定机制中，我们首先检查实例是否已经存在。如果不存在，我们使用 synchronized 关键字锁定类，以确保只有一个线程可以访问该代码块。然后再次检查实例是否已经存在。如果不存在，我们创建一个新实例并将其赋值给 instance 变量。由于 volatile 关键字，线程可以正确地处理变量的可见性，从而确保 instance 在实例化后立即可见。

饿汉式单例模式

饿汉式单例模式是一种在类加载时就创建实例的方式。这种方式的好处是实例化非常简单，并且可以确保线程安全。以下是饿汉式单例模式的JAVA代码实现：

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

在饿汉式单例模式中，我们在定义类时就创建了一个实例，并将其赋值给静态 final 变量。因为 final 变量在实例化后不能更改，所以这种方式非常安全。在 getInstance() 方法中，我们只需要返回该实例即可。这种方式非常简单，但可能会导致资源浪费，因为即使我们从未使用该实例，它也会在类加载时被创建。

枚举单例模式

枚举单例模式是一种新颖的单例模式实现方式。在JAVA中，枚举是一个特殊的类，它只有一组预定义的实例，并且这些实例在整个应用程序中都是唯一的。因此，将枚举用作单例模式的实现非常方便。以下是枚举单例模式的JAVA代码实现：

public enum EnumSingleton {INSTANCE;public void doSomething() {//TODO: Do something here}
}

在枚举单例模式中，我们定义了一个枚举类型 INSTANCE，它是该类的唯一实例。在 INSTANCE 中，我们可以定义任意数量的方法和变量。我们可以通过 EnumSingleton.INSTANCE 来访问该实例，并调用其方法。

单例模式的优缺点

优点：

• 节省系统资源
• 提高性能和安全性
• 统一管理和控制

缺点：

• 违反了开闭原则
• 增加了耦合度
• 可能存在延迟加载问题

总结

单例模式是一种常见的设计模式，在JAVA中也有多种实现方式。无论使用哪种方式，单例模式的目的都是确保类只有一个实例，并提供全局访问点来访问该实例。我们可以根据实际需要选择合适的单例模式实现方式，并根据需要调整代码以提高性能和线程安全性。