單例設計模式

LilyFlower發表於2024-10-25
單例設計模式

單例設計模式

單例設計模式是一種常見的軟體設計模式，它能保證一個類只能有一個例項，並提供一個全域性訪問的方法。單例設計模式適用於那些需要頻繁建立物件然後銷燬物件的場景，因為頻繁的建立物件會消耗大量的系統資源，使用單例設計模式可以避免對資源的浪費。

單例設計模式特點：

  • 該類在JVM中只有唯一的類例項
  • 它必須對外界提供統一的，獲取該類例項的方法

在Java中，實現單例設計模式分為多種：

  1. 餓漢式：在類載入階段時就建立例項，該模式下不會出現執行緒安全問題，因此並不需要加鎖，如下面的程式碼
public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        Singleton singleton1 = Singleton.getSingleton();
        Singleton singleton2 = Singleton.getSingleton();

        System.out.println(singleton1);
        System.out.println(singleton2);
    }
}

class Singleton {
    private static final Singleton singleton = new Singleton();
    private Singleton() {}
    public static Singleton getSingleton() {
        return singleton;
    }
}

執行結果如下:

leetcode.Singleton@58372a00
leetcode.Singleton@58372a00
  1. 懶漢式：懶漢式指的是在第一次使用該類例項時才建立該類例項，這種方式的好處是可以延遲載入，缺點是在多執行緒下可能會引起執行緒安全問題，例如建立該類的多個例項，從而違背了單例設計模式的特性。因此在使用懶漢式需要在建立該類例項時需要加上鎖，如下面的程式碼：
public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        Singleton singleton1 = Singleton.getSingleton();
        Singleton singleton2 = Singleton.getSingleton();

        System.out.println(singleton1);
        System.out.println(singleton2);
    }
}

class Singleton {
    private static Singleton singleton;

    private Singleton() {}

    public synchronized static  Singleton getSingleton() {
        if (singleton == null) {
            singleton = new Singleton();
        }
        return singleton;
    }
}

程式碼執行結果如下:

leetcode.Singleton@7ba4f24f
leetcode.Singleton@7ba4f24f
  1. 懶漢式2(靜態內部類方式)

當然了，除了上面那種常用的懶漢式建立單例的方法，也可以透過內部類方式透過懶漢式建立單例例項，這種本質上還是懶漢式，如下面的程式碼:

public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        Singleton singleton1 = Singleton.getSingleton();
        Singleton singleton2 = Singleton.getSingleton();

        System.out.println(singleton1);
        System.out.println(singleton2);
    }
}

class Singleton {

    private static class Builder {
        private static final Singleton singleton = new Singleton();
    }

    private Singleton() {}

    public synchronized static  Singleton getSingleton() {
        return Builder.singleton;
    }
}

執行結果如下:

leetcode.Singleton@3b9a45b3
leetcode.Singleton@3b9a45b3
  1. 透過列舉實現(推薦用法)

列舉本質上就是單例模式的一種體現，其思路也是懶漢式，列舉之所以能夠作為單例，原因如下：

4.1 執行緒安全性：列舉型別的例項化是在JVM層面完成的，因此列舉類例項化是執行緒安全的。當JVM載入列舉類時，JVM會確保所有宣告的列舉類僅初始化一次，並且在這個過程中不會發生併發問題。

4.2 防止反射攻擊：Java列舉類的構造器是私有的，並且Java不允許透過反射機制建立新的列舉示例，這也就意味著一旦定義了一個列舉例項，就無法透過反射以及其它手段建立該列舉類的額外例項。

4.3 程式碼簡潔：列舉的語法非常的簡潔，如下面的程式碼：

public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        Singleton singleton1 = Singleton.INSTANCE;
        Singleton singleton2 = Singleton.INSTANCE;
        System.out.println(singleton2 == singleton1);
    }
}

enum Singleton {
    INSTANCE;
}

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