【常见面试题】Java单例模式的8种写法与演进总结对比，饿汉式与懒汉式的对比优缺点对比
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CSND博客 单例模式的8种写法
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码云源码 lishuoboy-interview
1. 单例模式介绍
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单例模式是一种常用的软件设计模式，其定义是单例对象的类只能允许一个实例存在，只能new 对象一次。
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许多时候整个系统只需要拥有一个的全局对象，这样有利于我们协调系统整体的行为。比如在某个服务器程序中，该服务器的配置信息存放在一个文件中，这些配置数据由一个单例对象统一读取，然后服务进程中的其他对象再通过这个单例对象获取这些配置信息。这种方式简化了在复杂环境下的配置管理。
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适用场合
- 需要频繁的进行创建和销毁的对象；
- 创建对象时耗时过多或耗费资源过多，但又经常用到的对象；
- 工具类对象；
- 频繁访问数据库或文件的对象。
2. 代码实现要点
- 私有化构造器（防止在其他类new对象造成多实例）
- 自己创建实例
- 静态变量保存（强调这是一个单例，我们可以用 final 修饰）
- 向外提供这个实例（用public属性或 public static get方法对外提供，通常使用getInstance这个名称）
3. 七种实现代码
3.1. 饿汉式
- 饿汉式（eager）。很饿很饥渴，需要立即吃饭（立即创建实例）
- 优点：这种写法比较简单，就是在类装载的时候就完成实例化。避免了线程同步问题。
- 缺点：在类装载的时候就完成实例化，没有达到Lazy Loading的效果。如果从始至终从未使用过这个实例，则会造成内存的浪费。
①. 饿汉式：静态常量，直接创建实例
/** ①. 饿汉式：静态常量，直接创建实例 */
public class Singleton1 {
/**
* 2. 自己创建实例
* 3. 静态变量保存（强调这是一个单例，我们可以用 final 修饰）
* 4. 向外提供这个实例：方式一
*/
public static final Singleton1 INSTANCE = new Singleton1();
/** 1. 私有化构造器 */
private Singleton1() {
}
/** 4. 向外提供这个实例：方式二 */
public static Singleton1 getInstance() {
return INSTANCE;
}
}
②. 饿汉式：静态代码块，创建实例
- 这种方式和上面的方式其实类似，只不过将类实例化的过程放在了静态代码块中，也是在类装载的时候，就执行静态代码块中的代码，初始化类的实例。优缺点和上面是一样的。适合复杂实例化
/**
* ②. 饿汉式：静态代码块，创建实例
* 饿汉式：适合复杂实例化，如加载配置文件数据
*/
@ToString
public class Singleton2 {
/**
* 3. 静态变量保存（强调这是一个单例，我们可以用 final 修饰）
* 4. 向外提供这个实例：方式一
*/
public static final Singleton2 INSTANCE;
private String info;
/** 2. 自己创建实例 */
static {
Props props = PropsUtil.get("top.lishuoboy/javase.designpatterns.singleton/singleton.properties");
String info = (String) props.get("info");
INSTANCE = new Singleton2(info);
}
/** 1. 私有化构造器 */
private Singleton2(String info) {
this.info = info;
}
/** 4. 向外提供这个实例：方式二 */
public static Singleton2 getInstance() {
return INSTANCE;
}
}
singleton.properties 文件
info=尚硅谷
③. 饿汉式：枚举（天然线程安全）
- 借助JDK1.5中添加的枚举来实现单例模式。不仅能避免多线程同步问题，而且还能防止反序列化重新创建新的对象。可能是因为枚举在JDK1.5中才添加，所以在实际项目开发中，很少见人这么写过。
/**
* ③. 饿汉式：枚举（天然线程安全）
* 枚举类型：表示该类型的对象是有限的几个。我们可以限定为一个，就成了单例
*/
public enum Singleton3 {
/**
* 1. 私有化构造器
* 2. 自己创建实例
* 4. 向外提供这个实例：方式一
*/
INSTANCE;
/** 4. 向外提供这个实例：方式二 */
public static Singleton3 getInstance() {
return INSTANCE;
}
}
3.2. 懒汉式
- 懒汉式（lazy），很懒，不到用的时候不干活（不实例化）
④. 懒汉式：无同步锁。线程不安全
- 这种写法起到了Lazy Loading的效果，但是只能在单线程下使用。如果在多线程下，一个线程进入了if (INSTANCE == null)判断语句块，还未来得及往下执行，另一个线程也通过了这个判断语句，这时便会产生多个实例。所以在多线程环境下不可使用这种方式。
/** ④. 懒汉式：无同步锁。线程不安全 */
public class Singleton4 {
/**
* 3. 静态变量保存（强调这是一个单例，我们可以用 final 修饰）
* private，防止获取到null
*/
private static Singleton4 INSTANCE;
/** 1. 私有化构造器 */
private Singleton4() {
}
/**
* 2. 自己创建实例
* 4. 向外提供这个实例
*/
public static Singleton4 getInstance() {
if (INSTANCE == null) {
INSTANCE = new Singleton4();
}
return INSTANCE;
}
}
⑤. 懒汉式：同步方法
- 解决上面第④种实现方式的线程不安全问题，最简单的解决方式是做个线程同步就可以了，于是就对getInstance()方法进行了线程同步。
- 优点：实现简单
- 缺点：效率太低了，每个线程在想获得类的实例时候，执行getInstance()方法都要进行同步。而其实这个方法只执行一次实例化代码就够了，后面的想获得该类实例，直接return就行了。方法进行同步效率太低要改进。
/** ⑤. 懒汉式：同步方法 */
public class Singleton5 {
/**
* 3. 静态变量保存（强调这是一个单例，我们可以用 final 修饰）
* private，防止获取到null
*/
private static Singleton5 INSTANCE;
/** 1. 私有化构造器 */
private Singleton5() {
}
/**
* 2. 自己创建实例
* 4. 向外提供这个实例
*/
public static synchronized Singleton5 getInstance() {
if (INSTANCE == null) {
INSTANCE = new Singleton5();
}
return INSTANCE;
}
/** 4. 向外提供这个实例，与上面锁方法基本一样 */
/* public static Singleton5 getInstance1() {
synchronized (Singleton5.class) {
if (INSTANCE == null) {
INSTANCE = new Singleton5();
}
}
return INSTANCE;
}*/
}
⑥. 懒汉式：同步代码块，单检查，线程不安全
- 由于第⑤种实现方式同步效率太低，所以摒弃同步方法，改为同步代码块实例化。但是这种同步并不能起到线程同步的作用。跟第④种实现方式遇到的情形一致，假如一个线程进入了if (INSTANCE == null)判断语句块，还未来得及往下执行，另一个线程也通过了这个判断语句，这时便会产生多个实例。
/** ⑥. 懒汉式：同步代码块，单检查，线程不安全 */
public class Singleton6 {
/**
* 3. 静态变量保存（强调这是一个单例，我们可以用 final 修饰）
* private，防止获取到null
*/
private static Singleton6 INSTANCE;
/** 1. 私有化构造器 */
private Singleton6() {
}
/**
* 2. 自己创建实例
* 4. 向外提供这个实例
*/
public static Singleton6 getInstance() {
if (INSTANCE == null) {
synchronized (Singleton6.class) {
INSTANCE = new Singleton6();
}
}
return INSTANCE;
}
}
⑦. 懒汉式：同步代码块，双重检查
- Double-Check概念对于多线程开发者来说不会陌生，如代码中所示，我们进行了两次if (INSTANCE == null)检查，这样就可以保证线程安全了。这样，实例化代码只用执行一次，后面再次访问时，判断if (INSTANCE == null)，直接return实例化对象。
- 优点：线程安全；延迟加载；效率较高。
/** ⑦. 懒汉式：同步代码块，双重检查 */
public class Singleton6 {
/**
* 3. 静态变量保存（强调这是一个单例，我们可以用 final 修饰）
* private，防止获取到null
*/
private static Singleton6 INSTANCE;
/** 1. 私有化构造器 */
private Singleton6() {
}
/**
* 2. 自己创建实例
* 4. 向外提供这个实例
*/
public static Singleton6 getInstance() {
if (INSTANCE == null) {
synchronized (Singleton6.class) {
if (INSTANCE == null) {
INSTANCE = new Singleton6();
}
}
}
return INSTANCE;
}
}
⑧. 懒汉式：静态内部类
- 这种方式跟饿汉式方式采用的机制类似，但又有不同。两者都是采用了类装载的机制来保证初始化实例时只有一个线程。不同的地方在饿汉式方式是只要Singleton类被装载就会实例化，没有Lazy-Loading的作用，而静态内部类方式在Singleton类被装载时并不会立即实例化，而是在需要实例化时，调用getInstance方法，才会装载SingletonInstance类，从而完成Singleton的实例化。
- 类的静态属性只会在第一次加载类的时候初始化，所以在这里，JVM帮助我们保证了线程的安全性，在类进行初始化时，别的线程是无法进入的。
- 优点：避免了线程不安全，延迟加载，效率高。
/**
* ⑧. 懒汉式：静态内部类
* * 在内部类被加载和初始化时，才创建INSTANCE实例对象
* * 静态内部类不会自动随着外部类的加载和初始化而初始化，它是要单独去加载和初始化的。
* * 因为是在内部类加载和初始化时，创建的，因此是线程安全的
*/
public class Singleton7 {
/** 静态内部类 */
private static class Inner {
/**
* 2. 自己创建实例
* 3. 静态变量保存（强调这是一个单例，我们可以用 final 修饰）
*/
private static final Singleton7 INSTANCE = new Singleton7();
}
/** 1. 私有化构造器 */
private Singleton7() {
}
/** 4. 向外提供这个实例 */
public static Singleton7 getInstance() {
return Inner.INSTANCE;
}
}
4.总结对比
| 序号 | 单例类别 | 线程安全 | 推荐性 | 其它特点 |
|---|---|---|---|---|
| 1 | ①. 饿汉式：静态常量，直接创建实例 | 安全 | 推荐 | 简洁直观 |
| 2 | ②. 饿汉式：静态代码块，创建实例 | 安全 | 推荐 | 适合复杂实例化 |
| 3 | ③. 饿汉式：枚举（天然线程安全） | 安全 | 推荐 | 最简洁，java1.5之后才有 |
| 4 | ④. 懒汉式：无同步锁 | 不安全 | 不可用 | |
| 5 | ⑤. 懒汉式：同步方法 | 安全 | 不推荐 | 安全性能低 |
| 6 | ⑥. 懒汉式：同步代码块，单检查 | 不安全 | 不可用 | |
| 7 | ⑦. 懒汉式：同步代码块，双重检查 | 安全 | 推荐 | 安全性能高 |
| 8 | ⑧. 懒汉式：静态内部类 | 安全 | 推荐 | 安全性能高，不直观 |
- 3种饿汉式：都可用
- 懒汉式：用双重检查或内部类
