在軟件開發中，單例設計模式（Singleton Design Pattern）是一種常用的設計模式，它確保一個類只有一個實例，并提供一個全局訪問點。這種模式通常用于管理共享資源（如數據庫連接池、線程池等）或需要全局唯一實例的場景。
本文將詳細介紹兩種常見的單例實現方式：懶漢式和餓漢式，并分析它們的優缺點及適用場景。
1. 單例模式的核心要素
要實現單例模式，需要滿足以下三個條件：
- 私有化構造方法：防止外部通過
new關鍵字創建對象。 - 提供靜態方法獲取唯一實例：通過一個公共的靜態方法返回唯一的實例。
- 保持單一實例：確保類中只有一個實例存在。
2. 餓漢式（Eager Initialization）
餓漢式是指在類加載時就立即創建實例。這種方式的特點是簡單直接，但可能會造成資源浪費（如果實例從未被使用過）。
實現代碼
public class SingletonEager {// 1. 私有化構造方法private SingletonEager() {System.out.println("SingletonEager instance created");}// 2. 在類加載時創建唯一的實例private static final SingletonEager instance = new SingletonEager();// 3. 提供公共的靜態方法獲取實例public static SingletonEager getInstance() {return instance;}
}特點
- 優點：
- 簡單易懂，實現方便。
- 線程安全（因為實例在類加載時就已經創建，不存在多線程競爭問題）。
- 缺點：
- 如果實例從未被使用過，會浪費內存資源。
- 不適合需要延遲加載的場景。
3. 懶漢式（Lazy Initialization）
懶漢式是指在第一次調用getInstance()方法時才創建實例。這種方式可以避免資源浪費，但需要注意線程安全問題。
實現代碼（非線程安全版本）
public class SingletonLazy {// 1. 私有化構造方法private SingletonLazy() {System.out.println("SingletonLazy instance created");}// 2. 定義靜態變量，但不立即初始化private static SingletonLazy instance;// 3. 提供公共的靜態方法獲取實例public static SingletonLazy getInstance() {if (instance == null) { // 第一次檢查instance = new SingletonLazy(); // 創建實例}return instance;}
}特點
- 優點：
- 延遲加載，節省資源。
- 缺點：
- 存在線程安全問題（多線程環境下可能創建多個實例）。
線程安全改進版（雙重檢查鎖定）
為了解決線程安全問題，可以使用雙重檢查鎖定（Double-Checked Locking）機制：
public class SingletonLazySafe {// 1. 私有化構造方法private SingletonLazySafe() {System.out.println("SingletonLazySafe instance created");}// 2. 使用volatile關鍵字保證可見性和禁止指令重排private static volatile SingletonLazySafe instance;// 3. 雙重檢查鎖定public static SingletonLazySafe getInstance() {if (instance == null) { // 第一次檢查synchronized (SingletonLazySafe.class) {if (instance == null) { // 第二次檢查instance = new SingletonLazySafe();}}}return instance;}
}特點
- 優點：
- 延遲加載，節省資源。
- 線程安全。
- 缺點：
- 實現復雜度較高。
4. 對比：懶漢式 vs 餓漢式
| 特性 | 餓漢式 | 懶漢式 |
|---|---|---|
| 實例創建時機 | 類加載時 | 第一次調用getInstance()時 |
| 資源占用 | 可能浪費資源 | 延遲加載，節省資源 |
| 線程安全性 | 天然線程安全 | 需額外處理（如雙重檢查鎖定） |
| 實現復雜度 | 簡單 | 較復雜 |
| 適用場景 | 實例一定會被使用且對性能要求高 | 實例可能不會被使用或需延遲加載 |
5. 其他實現方式（擴展）
除了懶漢式和餓漢式，還有其他常見的單例實現方式，例如：
枚舉單例
public enum SingletonEnum {INSTANCE;public void doSomething() {System.out.println("Doing something...");}
}- 優點：天然線程安全，防止反射攻擊，簡潔優雅。
- 缺點：功能有限，不適合需要繼承的場景。
靜態內部類
public class SingletonInnerClass {private SingletonInnerClass() {}private static class SingletonHolder {private static final SingletonInnerClass INSTANCE = new SingletonInnerClass();}public static SingletonInnerClass getInstance() {return SingletonHolder.INSTANCE;}
}- 優點：延遲加載，線程安全，性能較好。
- 缺點：實現稍復雜。
6. 總結
- 餓漢式適合于實例一定會被使用的場景，簡單高效，但可能會浪費資源。
- 懶漢式適合于實例可能不會被使用的場景，可以延遲加載，但需要注意線程安全問題。
- 如果追求簡潔和安全性，推薦使用枚舉單例或靜態內部類實現。
)
