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1.单例模式介绍
1.1 简介
单例(Singleton)模式是一种创建型设计模式，旨在确保一个类只有一个实例，并提供一个全局访问点来获取该实例。 这在需要对某个资源进行集中管理或限制其实例化时非常有用，比如日志记录器、配置管理器或者连接池。
可以将Singleton模式类比为一个总统职位。 在一个国家里，通常只能有一个总统，这个职位的独特性意味着不管你在哪里提到总统，都指的是同一个人。 这个职位的管理需要集中化，这样才能确保权力和决策的一致性。
1.1 实现要点:
- 私有构造函数：阻止外部类直接实例化。
- 静态实例：在类内部创建一个静态实例。
- 公共静态方法：提供一个公共的静态方法来获取唯一的实例。
1.2 使用演示
step1. 新建单例类：
/*** 实现要点* - 私有构造函数：阻止外部类直接实例化。* - 静态实例：在类内部创建一个静态实例。* - 公共静态方法：提供一个公共的静态方法来获取唯一的实例。*/
public class Singleton {/*** 私有静态实例，确保唯一性*/private static Singleton instance;/*** 私有构造函数，防止外部实例化*/private Singleton() {}/*** 公共静态方法，提供全局访问点** @return Singleton*/public static synchronized Singleton getInstance() {if (instance == null) {instance = new Singleton();}return instance;}/*** 示例方法*/public void showMessage() {System.out.println("Hello, I am a Singleton!");}}
step2. 调用单例方法
public class SingletonDemo {public static void main(String[] args) {// 获取Singleton实例Singleton singleton = Singleton.getInstance();// 调用实例方法singleton.showMessage();}
}
2.单例实现方式
2.1 饿汉式
代码：
public class HungryStyleIdGenerator {/*** 在类加载的时候，instance静态实例就已经创建并初始化好了*/private static final HungryStyleIdGenerator INSTANCE = new HungryStyleIdGenerator();private final AtomicLong atomicLong = new AtomicLong(0);private HungryStyleIdGenerator() {}public static HungryStyleIdGenerator getInstance() {return INSTANCE;}public long getId() {return atomicLong.incrementAndGet();}
}
优点：
- 实现最简单
- 线程绝对安全
- 没有并发性能损耗
缺点：
- 非延迟加载（类加载时立即初始化）
- 可能造成资源浪费
适用场景：
- 实例较小且使用频繁
- 对内存敏感的系统中慎用
2.2 懒汉式
代码：
public class LazyStyleIdGenerator {private static LazyStyleIdGenerator INSTANCE;private final AtomicLong atomicLong = new AtomicLong(0);private LazyStyleIdGenerator() {}/*** 方法加了锁，导致这个函数的并发度很低(并发度为1)*/public static synchronized LazyStyleIdGenerator getInstance() {if (INSTANCE == null) {INSTANCE = new LazyStyleIdGenerator();}return INSTANCE;}public long getId() {return atomicLong.incrementAndGet();}
}
优点：
- 实现简单
- 延迟加载（按需初始化）
- 线程安全
缺点：
- 并发度低
- 代码相对复杂
适用场景：
- 实例创建成本高且使用频率不确定时
- 需要严格控制资源分配的场景
2.3 双重检测
代码：
public class DoubleCheckStyleIdGenerator {private static DoubleCheckStyleIdGenerator INSTANCE;private final AtomicLong atomicLong = new AtomicLong(0);private DoubleCheckStyleIdGenerator() {}/*** 只要instance被创建之后，即便再调用getInstance()函数也不会再进入到加锁逻辑中了。所以，这种实现方式解决了懒汉式并发度低的问题。*/public static DoubleCheckStyleIdGenerator getInstance() {if (INSTANCE == null) {synchronized (DoubleCheckStyleIdGenerator.class) {if (INSTANCE == null) {INSTANCE = new DoubleCheckStyleIdGenerator();}}}return INSTANCE;}public long getId() {return atomicLong.incrementAndGet();}
}
优点：
- 延迟加载
- 高并发性能好
- 内存占用优化
缺点：
- 实现复杂
- 可读性较差
适用场景：
- 高并发系统中需要延迟加载
- 对性能要求极高的场景
2.4 静态内部类
代码：
/*** instance的唯一性、创建过程的线程安全性，都由JVM来保证。** Java的类加载机制是线程安全的，具体由JVM保证：* - 当多个线程同时尝试访问一个未加载的类时，JVM会确保只由一个线程触发类的初始化，其他线程会等待。* - 类的初始化（包括静态代码块和静态变量赋值）是同步的，通过Class对象的锁（monitor）实现。
*/
public class StaticInnerClassStyleIdGenerator {private final AtomicLong atomicLong = new AtomicLong(0);private StaticInnerClassStyleIdGenerator() {}/*** 静态内部类，当外部类 StaticInnerClassStyleIdGenerator 被加载的时候，并不会创建SingletonHolder实例对象。* 只有当调用getInstance()方法时，SingletonHolder才会被加载，这个时候才会创建instance。*/private static class SingletonHolder {private static final StaticInnerClassStyleIdGenerator INSTANCE = new StaticInnerClassStyleIdGenerator();}public static StaticInnerClassStyleIdGenerator getInstance() {return SingletonHolder.INSTANCE;}public long getId() {return atomicLong.incrementAndGet();}
}
优点：
- 实现简单优雅
- 延迟加载
- 线程安全
- 不需要额外同步代码
缺点：
- JVM类加载机制依赖
适用场景：
- 推荐作为默认实现方式
- 适用于大多数单例需求场景
2.5 枚举
代码：
public enum EnumStyleIdGenerator {/*** 通过Java枚举类型本身的特性，保证了实例创建的线程安全性和实例的唯一性*/INSTANCE;private final AtomicLong atomicLong = new AtomicLong(0);public long getId() {return atomicLong.incrementAndGet();}
}
优点：
- 简洁优雅
- 天然线程安全
- 防止反序列化破坏
- 防止反射攻击
- 支持序列化
缺点：
- 不支持延迟初始化
- 不符合传统单例模式结构
适用场景：
- 需要绝对线程安全的场景
- 需要序列化的单例对象
- 项目规范允许使用枚举时
2.6 单例的5种实现方式对比
| 实现方式 | 延迟加载 | 线程安全 | 反射破坏 | 序列化安全 | 性能 | 推荐度 |
|---|---|---|---|---|---|---|
| 饿汉式 | ❌ | ✅ | ❌ | ❌ | 最高 | ★★★☆ |
| 懒汉式 | ✅ | ✅ | ❌ | ❌ | 中等 | ★★☆ |
| 双重检查(DCL) | ✅ | ✅ | ❌ | ❌ | 高 | ★★★☆ |
| 静态内部类 | ✅ | ✅ | ❌ | ❌ | 高 | ★★★★☆ |
| 枚举 | ❌ | ✅ | ✅ | ✅ | 高 | ★★★★ |
使用建议：
- 优先选择：静态内部类实现（兼顾延迟加载和线程安全）
- 绝对安全：枚举方式（推荐用于金融、安全等关键系统）
- 特殊需求：
- 需要延迟初始化 + 高并发 → 双重检测DCL
- 实例小且高频使用 → 饿汉式
- 传统项目 → 懒汉式（注意同步）