单例模式的实现方式和优缺点

Posted 2024-10-10 Updated 2024-10- 10

By 随风

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单例模式（Singleton Pattern）是一种设计模式，确保一个类在整个程序的生命周期内只能被实例化一次，并且提供一个全局访问该实例的入口。单例模式通常用于管理共享资源或状态的场景，如数据库连接池、线程池、日志记录器等。

单例模式的实现方式

懒汉式（Lazy Initialization） 在需要时才创建实例，延迟加载。

public class Singleton {
    private static volatile Singleton instance;

    private Singleton() {}

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

优点：

线程安全，且只在实例未创建时才加锁，提高了性能。

缺点：

实现较为复杂，涉及到 Java 内存模型和指令重排的问题，需要使用 volatile 关键字。

饿汉式（Eager Initialization） 在类加载时就创建实例，不管是否需要使用。

public class Singleton {
    private static final Singleton instance = new Singleton();

    private Singleton() {}

    public static Singleton getInstance() {
        return instance;
    }
}

优点：

实现简单，线程安全，因为类加载机制天然保证实例的唯一性。

缺点：

提前占用系统资源，无法延迟加载。如果实例不使用会造成资源浪费。

静态内部类（Static Inner Class） 使用静态内部类来实现延迟加载且线程安全的单例模式。

public class Singleton {
    private Singleton() {}

    private static class SingletonHolder {
        private static final Singleton INSTANCE = new Singleton();
    }

    public static Singleton getInstance() {
        return SingletonHolder.INSTANCE;
    }
}

优点：

线程安全，利用类加载机制实现延迟加载。
性能优于同步方法和双重检查锁定，且实现简单。

缺点：

相比其他实现稍微复杂一些，主要在理解上。

枚举（Enum Singleton） 使用枚举来实现单例模式。

public enum Singleton {
    INSTANCE;
}

优点：

天然线程安全。
防止反射和序列化破坏单例。
实现最简单，使用 Java 枚举类型。

缺点：

无法延迟加载。
不太符合传统面向对象编程风格，有时可能不适合复杂需求的场景

单例模式的优缺点

优点：

控制实例数量：确保系统中某个类的实例唯一，节省内存。
全局访问点：提供统一的访问入口，方便管理全局状态。
线程安全：某些实现方式能够确保多线程环境下的安全性。

缺点：

难以扩展：因为单例类通常不允许被继承，限制了扩展的灵活性。
隐藏依赖关系：单例模式的类可能会变得过于复杂，隐藏了实际的依赖关系，增加了耦合性。
难以测试：由于全局状态的存在，单例模式中的代码难以进行单元测试，可能导致测试之间的互相干扰。

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