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在软件开发中，单例设计模式（Singleton Design Pattern）是一种常用的设计模式，它确保一个类只有一个实例，并提供一个全局访问点。这种模式通常用于管理共享资源（如数据库连接池、线程池等）或需要全局唯一实例的场景。
本文将详细介绍两种常见的单例实现方式：懒汉式和饿汉式，并分析它们的优缺点及适用场景。
1. 单例模式的核心要素
要实现单例模式，需要满足以下三个条件：
- 私有化构造方法：防止外部通过
new关键字创建对象。 - 提供静态方法获取唯一实例：通过一个公共的静态方法返回唯一的实例。
- 保持单一实例：确保类中只有一个实例存在。
2. 饿汉式（Eager Initialization）
饿汉式是指在类加载时就立即创建实例。这种方式的特点是简单直接，但可能会造成资源浪费（如果实例从未被使用过）。
实现代码
public class SingletonEager {// 1. 私有化构造方法private SingletonEager() {System.out.println("SingletonEager instance created");}// 2. 在类加载时创建唯一的实例private static final SingletonEager instance = new SingletonEager();// 3. 提供公共的静态方法获取实例public static SingletonEager getInstance() {return instance;}
}特点
- 优点：
- 简单易懂，实现方便。
- 线程安全（因为实例在类加载时就已经创建，不存在多线程竞争问题）。
- 缺点：
- 如果实例从未被使用过，会浪费内存资源。
- 不适合需要延迟加载的场景。
3. 懒汉式（Lazy Initialization）
懒汉式是指在第一次调用getInstance()方法时才创建实例。这种方式可以避免资源浪费，但需要注意线程安全问题。
实现代码（非线程安全版本）
public class SingletonLazy {// 1. 私有化构造方法private SingletonLazy() {System.out.println("SingletonLazy instance created");}// 2. 定义静态变量，但不立即初始化private static SingletonLazy instance;// 3. 提供公共的静态方法获取实例public static SingletonLazy getInstance() {if (instance == null) { // 第一次检查instance = new SingletonLazy(); // 创建实例}return instance;}
}特点
- 优点：
- 延迟加载，节省资源。
- 缺点：
- 存在线程安全问题（多线程环境下可能创建多个实例）。
线程安全改进版（双重检查锁定）
为了解决线程安全问题，可以使用双重检查锁定（Double-Checked Locking）机制：
public class SingletonLazySafe {// 1. 私有化构造方法private SingletonLazySafe() {System.out.println("SingletonLazySafe instance created");}// 2. 使用volatile关键字保证可见性和禁止指令重排private static volatile SingletonLazySafe instance;// 3. 双重检查锁定public static SingletonLazySafe getInstance() {if (instance == null) { // 第一次检查synchronized (SingletonLazySafe.class) {if (instance == null) { // 第二次检查instance = new SingletonLazySafe();}}}return instance;}
}特点
- 优点：
- 延迟加载，节省资源。
- 线程安全。
- 缺点：
- 实现复杂度较高。
4. 对比：懒汉式 vs 饿汉式
| 特性 | 饿汉式 | 懒汉式 |
|---|---|---|
| 实例创建时机 | 类加载时 | 第一次调用getInstance()时 |
| 资源占用 | 可能浪费资源 | 延迟加载，节省资源 |
| 线程安全性 | 天然线程安全 | 需额外处理（如双重检查锁定） |
| 实现复杂度 | 简单 | 较复杂 |
| 适用场景 | 实例一定会被使用且对性能要求高 | 实例可能不会被使用或需延迟加载 |
5. 其他实现方式（扩展）
除了懒汉式和饿汉式，还有其他常见的单例实现方式，例如：
枚举单例
public enum SingletonEnum {INSTANCE;public void doSomething() {System.out.println("Doing something...");}
}- 优点：天然线程安全，防止反射攻击，简洁优雅。
- 缺点：功能有限，不适合需要继承的场景。
静态内部类
public class SingletonInnerClass {private SingletonInnerClass() {}private static class SingletonHolder {private static final SingletonInnerClass INSTANCE = new SingletonInnerClass();}public static SingletonInnerClass getInstance() {return SingletonHolder.INSTANCE;}
}- 优点：延迟加载，线程安全，性能较好。
- 缺点：实现稍复杂。
6. 总结
- 饿汉式适合于实例一定会被使用的场景，简单高效，但可能会浪费资源。
- 懒汉式适合于实例可能不会被使用的场景，可以延迟加载，但需要注意线程安全问题。
- 如果追求简洁和安全性，推荐使用枚举单例或静态内部类实现。