Java 設計模式之單例模式

1 簡介

單例模式保證一個類只有一個實例，并向外提供一個全局的訪問入口，單例類需自己實例化唯一的實例。Java 中 java.lang.Runtime 就是典型的單例模式實現例子，現實生活中的例子也比較多，比如：一個學校有一個校長、一個公司有一個董事長等。

優點：因為單例模式只生成一個實例，所以能夠節約系統資源、減少性能開銷，同時也能避免對共享資源的多重占用。

缺點：同樣因為只有一個實例，導致單例類的職責過重，與單一職責原則沖突，它沒有接口，不能繼承，不利于擴展。

2 實現方式

常見的單例模式實現方式大致有五種，分別為：餓漢式、懶漢式、雙重檢測鎖、靜態內部類、枚舉，通常我們需要保證單例模式的線程安全，下面來看一下如何通過這五種方式實現線程安全的單例模式。

2.1 餓漢式

餓漢式從字面上我們就能了解個大概：餓了就要馬上吃飯，這種模式在類加載時就初始化實例，缺點是容易產生垃圾對象，因為可能我們還沒有用到實例的時候，實例就已經被創建了；優點是線程安全，不用加鎖，效率高。示例如下：

public class Singleton { private static Singleton instance = new Singleton(); //將構造器設置為 private，禁止通過 new 實例化 private Singleton() {} public static Singleton getInstance() { return instance; } }

2.2 懶漢式

懶漢式就是懶加載，在首次調用時進行初始化，避免了內存被浪費問題，但這種方式在多線程情況下需要通過加鎖（如：synchronized ）來保證線程安全，加鎖會影響效率，因此這種方式效率可能會比較低。示例如下：

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

2.3 雙重檢測鎖

這種方式采用雙鎖機制，在多線程情況下既能保證線程安全，同時又能保持較高的性能，當然這種方式實現會相對復雜了一點。示例如下：

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

從示例中我們可以看到，這種方式進行了兩次判斷，第一次是為了避免不要的實例創建，第二次是為了進行同步，避免多線程問題。instance = new Singleton() 創建時在 JVM 中可能會進行指令重排序，在多線程情況下會存在線程安全問題，使用 volatile 修飾 instance 解決該問題。

2.4 靜態內部類

這種方式和餓漢式一樣，通過 ClassLoader 的機制保證了線程安全，不同之處餓漢式一旦 Singleton 類被裝載了，那么 instance 就會被實例化，而這種方式只有內部類（SingletonInner）被主動使用時才會實例化單例對象；該方式可以達到雙重檢測鎖方式的效率，實現相對簡單一點，當然這種方式只適用于靜態域的情況，雙重檢測鎖方式可在實例域需要延遲初始化時使用。

示例如下：

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

2.5 枚舉

默認枚舉實例的創建是線程安全的，它自動支持序列化機制，可避免反射，防止多次實例化，因此在任何情況下都是單例的，它的實現也比較簡單，但由于 JDK1.5 之后才加入 enum，這種方式在實際工作中用的還是比較少。示例如下：

public enum Singleton { INSTANCE; public void getInstance() {} }

3 總結

懶漢式效率最低；

單例對象占用資源少，不需要延時加載，枚舉方式優于餓漢式；

單例對象占用資源多，需要延時加載，靜態內部類優于懶漢式。

Java

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