单例模式8种写法

article/2023/10/1 3:10:31

0. 为什么需要单例模式？

  • 节省内存和计算
  • 保证结果正确
  • 方便管理

使用场景：

1. 饿汉式（静态常量）—推荐指数：★★☆☆☆

优点：不会有线程安全问题。
缺点：在类加载的时候就创建对象，如果一直没使用到该对象的话，就造成了内存浪费，如果对象初始化的工作有很多，也会影响到性能。

代码展示：

//饿汉式（静态常量） ---可用
public class Singleton1 {// 类加载时就创建该实例private final static Singleton1 INSTANCE = new Singleton1();private Singleton1(){}public static Singleton1 getInstance(){return INSTANCE;}
}

2. 饿汉式（静态代码块） —推荐指数：★★☆☆☆

优缺点和第一种方式基本一致。

//饿汉式（静态代码块） ---可用
public class Singleton2 {private final static Singleton2 INSTANCE;// 以静态代码快的形式创建实例static {INSTANCE = new Singleton2();}private Singleton2(){}public static Singleton2 getInstance(){return INSTANCE;}
}

3. 懒汉式（线程不安全）—推荐指数：☆☆☆☆☆

优点：使用到的时候才会创建对象，不会造成各种资源浪费问题。
缺点：有线程安全问题。

//懒汉试（线程不安全）---不可用
public class Singleton3 {private static Singleton3 INSTANCE;private Singleton3(){}public static Singleton3 getInstance(){if (INSTANCE == null){// 当多个线程同时执行到这里，就会创建多个实例，那各自线程的实例就不是同一个了INSTANCE = new Singleton3();}return INSTANCE;}
}

4. 懒汉式（线程安全，同步方法）—推荐指数：★☆☆☆☆

优点：使用到的时候才会创建对象，不会造成各种资源浪费问题。
缺点：没有线程安全问题，但是有很大的性能问题，当多个线程同时到达getInstance()方法时，需要排队进入。

这个是在第 3 步的基础上实现的，使用 synchronized 修饰静态方法，由于加上了同步工具类，同一时间只能有一个线程操作，也使得性能下降，所以也不推荐使用：

//懒汉试（线程安全）---不推荐
public class Singleton4 {private static Singleton4 INSTANCE;private Singleton4(){}public synchronized static Singleton4 getInstance(){if (INSTANCE == null){INSTANCE = new Singleton4();}return INSTANCE;}
}

5. 懒汉式（线程不安全，同步代码块）—推荐指数：☆☆☆☆☆

优点：使用到的时候才会创建对象，不会造成各种资源浪费问题。
缺点：线程不安全，还有性能问题！多个线程在synchronized那一行排队，进入代码块后一样会创建多个对象。

这个是在第 4 步的基础上作进一步尝试，虽然性能上的问题解决了，但是又出现了线程不安全的问题，如下：

//懒汉试（线程不安全，同步代码块）---不可用
public class Singleton5 {private static Singleton5 INSTANCE;private Singleton5(){}public static Singleton5 getInstance(){if (INSTANCE == null){// 如果多个线程同时执行到这里，依然会创建多个实例synchronized (Singleton5.class){INSTANCE = new Singleton5();}}return INSTANCE;}
}

6. 懒汉式（双重检查）—推荐指数：★★★★☆

优点：使用到的时候才会创建对象，不会造成各种资源浪费问题。
缺点：复杂。

//双重检查---推荐使用
public class Singleton6 {private static Singleton6 INSTANCE;private Singleton6(){}public static Singleton6 getInstance(){if (INSTANCE == null){synchronized (Singleton6.class){//再做一次检查:由于同时只能有一个线程进入到这里，所以此时的 INSTANCE 如果还是 null,那么就再创建，创建之后有且仅有这一个实例if (INSTANCE == null){INSTANCE = new Singleton6();}}}return INSTANCE;}
}

这个优化我们利用了双重检测机制和同步锁，这种方式也称为双重同步锁单例模式，但是这个案例还是线程不安全的，大家通过代码层面的分析后，发现确实不会有线程安全问题，那问题出现在哪呢？这个其实要和对象创建步骤和JVM 指令重排挂钩，我们正常创建对象的指令步骤是这样的：

  • memory = allocate() 分配对象的内存空间
  • ctorInstance() 初始化对象，执行对应的构造方法
  • instance = memory 设置instance指向刚分配的内存

但是因为JVM和cpu优化，发生了指令重排，执行顺序如下：

  • memory = allocate() 分配对象的内存空间
  • instance = memory 设置instance指向刚分配的内存
  • ctorInstance() 初始化对象

我们可以结合代码，假如A线程进入同步代码块执行 instance = new Singleton6()，执行到“instance = memory 设置instance指向刚分配的内存”，这个时候B线程在第一次执行“if (instance == null)”，发现instance不为空，直接返回instance实例，其实线程B得到的这个实例并没有完全初始化（A还没有执行完对象的初始化步骤）就已经使用了。

那如何禁止指令重排呢，很简单，用我们前面文章提到的volatile关键字就可以了

在 INSTANCE 前加上 volatile 关键字来修饰，代码如下：

//双重检查---推荐使用
public class Singleton6 {private volatile static Singleton6 INSTANCE;private Singleton6(){}public static Singleton6 getInstance(){if (INSTANCE == null){synchronized (Singleton6.class){//再做一次检查:由于同时只能有一个线程进入到这里，所以此时的 INSTANCE 如果还是 null,那么就再创建，创建之后有且仅有这一个实例if (INSTANCE == null){INSTANCE = new Singleton6();}}}return INSTANCE;}
}

7. 静态内部类 — 推荐指数：★★★☆☆

优点：使用到的时候才会创建对象，不会造成各种资源浪费问题，线程安全。
缺点：没有太大缺点。

由于类在初始化时，并不会初始化静态内部类中的实例，所以这属于饿汉式单例：

//静态内部类 --- 推荐使用
public class Singleton7 {private Singleton7(){}private static class SingletonInstance{//JVM会保证构造方法的线程安全问题,即使多个线程同时访问 getInstance() 方法，也只会创建一个实例，这是 JVM 保证的 private static final Singleton7 INSTANCE = new Singleton7();}public static Singleton7 getInstance(){return SingletonInstance.INSTANCE;}
}

8. 枚举 — 推荐指数：★★★★★

优点：使用到的时候才会创建对象，不会造成各种资源浪费问题，线程安全。
缺点：最优方案。

//枚举 --- 生产实践推荐使用
public enum Singleton8 {INSTANCE;//方法public void whatever(){ }
}

使用的时候只需要调用Singleton8.INSTANCE ,比如这里想调用该类中的 whatever()方法，只需要执行 Singleton8.INSTANCE.whatever()

文章来源：单例模式8种写法

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