深入理解 Java 单例模式

简介

在 Java 开发中，单例模式（Singleton Pattern）是一种非常实用且常见的设计模式。它确保一个类只有一个实例，并提供一个全局访问点来获取这个实例。这种模式在很多场景下都非常有用，比如配置管理、数据库连接池等，能够避免多个实例带来的资源浪费和数据不一致问题。本文将详细介绍 Java 单例模式的基础概念、使用方法、常见实践以及最佳实践，帮助读者深入理解并高效使用单例模式。

单例模式基础概念

单例模式属于创建型设计模式，其核心思想是保证一个类仅有一个实例，并提供一个全局访问点来获取这个实例。在实际开发中，有些类的实例创建和销毁需要消耗大量资源，或者某些类需要在整个应用程序中保持唯一状态，这时单例模式就派上用场了。单例模式通常包含以下几个要素： - 私有构造函数：防止外部类通过 new 关键字创建该类的实例。 - 静态变量：用于存储该类的唯一实例。 - 静态方法：提供给外部类获取该类唯一实例的途径。

单例模式使用方法

饿汉式单例

饿汉式单例在类加载时就创建了实例，因此是线程安全的。

public class EagerSingleton {
    // 静态变量，在类加载时就创建实例
    private static final EagerSingleton INSTANCE = new EagerSingleton();

    // 私有构造函数，防止外部创建实例
    private EagerSingleton() {}

    // 静态方法，提供全局访问点
    public static EagerSingleton getInstance() {
        return INSTANCE;
    }
}

使用示例：

public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        EagerSingleton singleton1 = EagerSingleton.getInstance();
        EagerSingleton singleton2 = EagerSingleton.getInstance();
        System.out.println(singleton1 == singleton2); // 输出 true
    }
}

懒汉式单例

懒汉式单例在第一次调用 getInstance() 方法时才创建实例，实现了延迟加载。但在多线程环境下存在线程安全问题。

public class LazySingleton {
    private static LazySingleton instance;

    private LazySingleton() {}

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

为了解决线程安全问题，可以在 getInstance() 方法上加 synchronized 关键字。

public class LazySingleton {
    private static LazySingleton instance;

    private LazySingleton() {}

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

双重检查锁定单例

双重检查锁定单例结合了懒汉式的延迟加载和饿汉式的线程安全，同时避免了同步带来的性能开销。

public class DoubleCheckedLockingSingleton {
    private static volatile DoubleCheckedLockingSingleton instance;

    private DoubleCheckedLockingSingleton() {}

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

静态内部类单例

静态内部类单例利用了 Java 静态内部类的特性，实现了延迟加载和线程安全。

public class StaticInnerClassSingleton {
    private StaticInnerClassSingleton() {}

    private static class SingletonHolder {
        private static final StaticInnerClassSingleton INSTANCE = new StaticInnerClassSingleton();
    }

    public static StaticInnerClassSingleton getInstance() {
        return SingletonHolder.INSTANCE;
    }
}

枚举单例

枚举单例是实现单例模式的最佳方式之一，它不仅能避免多线程同步问题，还能防止反序列化重新创建新的对象。

public enum EnumSingleton {
    INSTANCE;

    public void doSomething() {
        System.out.println("Doing something...");
    }
}