Java 单例模式详解

单例模式（Singleton Pattern）是一种常见的设计模式，它可以确保某个类只有一个实例，并提供对该实例的全局访问点。本文将详细介绍 Java 中所有单例模式实现，包括懒汉式、饿汉式、枚举式、双重检查锁定式、静态内部类式等。

1. 懒汉式

1.1 线程不安全

懒汉式指的是在需要获取单例实例时才进行初始化。其特点是在第一次调用 getInstance() 方法时才创建单例对象，避免了预先占用系统资源。

懒汉式有两种常见的实现方式。第一种是线程不安全的实现方式，代码如下所示：

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

这种实现方式线程不安全，多线程情况下可能会创建多个实例，因此需要进行线程安全处理。

1.2 线程安全

第二种实现方式是在 getInstance() 方法上添加 synchronized 关键字来保证线程安全，代码如下所示：

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

这种实现方式使用 synchronized 关键字来保证线程安全，在多线程情况下只会创建一个实例，但加锁会降低性能。

2. 饿汉式

饿汉式指的是在类加载时就进行初始化，无论是否需要该实例。其特点是在程序启动时就创建单例对象，可以确保线程安全，但可能会占用较多的系统资源。

饿汉式的代码实现如下：

public class Singleton {private static Singleton instance = new Singleton();private Singleton() {}public static Singleton getInstance() {return instance;}
}

3. 枚举式

枚举式是 Java 中最简洁、最安全的单例实现方式。它通过枚举类型来实现单例，可以避免线程安全问题和反射攻击等问题。

枚举式的代码实现如下：

public enum Singleton {INSTANCE;public void doSomething() {// ...}
}

在枚举式中，INSTANCE 是一个枚举常量，它表示单例实例。通过枚举类型的特性，保证在任何情况下都只会创建一个实例。

4. 双重检查锁定式

双重检查锁定式是一种常用的懒汉式单例实现方式，它通过双重判断来保证线程安全和性能。

双重检查锁定式的代码实现如下：

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;}
}

在双重检查锁定式中，第一次判断 instance 是否为 null 是为了避免不必要的同步，第二次判断是为了保证线程安全。使用 volatile 关键字可以确保多线程环境下的可见性。

5. 静态内部类式

静态内部类式是一种常用的懒汉式单例实现方式，它通过静态内部类来实现延迟加载和线程安全。

静态内部类式的代码实现如下：

public class Singleton {private static class SingletonHolder {private static final Singleton INSTANCE = new Singleton();}private Singleton() {}public static Singleton getInstance() {return SingletonHolder.INSTANCE;}
}

在静态内部类式中，静态内部类 SingletonHolder 会在第一次使用时被加载，而 Singleton 类则是在调用 getInstance() 方法时才被加载，从而实现了延迟加载。由于静态内部类只会被加载一次，因此该实现方式也可以保证线程安全。

总结

本文介绍了 Java 中所有常见的单例模式实现方式，包括懒汉式、饿汉式、枚举式、双重检查锁定式和静态内部类式。每种实现方式都有其优缺点和适用场景，大家需要根据实际情况进行选择。无论选择哪种实现方式，都应该遵循单一责任原则和开闭原则等设计原则，以确保代码具有良好的可维护性和扩展性。