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Java单例模式实现与对象唯一保障

2025-08-05 14:58:00 0浏览 收藏

学习文章要努力,但是不要急!今天的这篇文章《Java单例模式实现及对象唯一保障方法》将会介绍到等等知识点,如果你想深入学习文章,可以关注我!我会持续更新相关文章的,希望对大家都能有所帮助!

饿汉式在类加载时创建实例,线程安全但不支持懒加载;2. 懒汉式在首次调用时创建实例,支持懒加载但线程不安全;3. 线程安全的懒汉式通过synchronized实现线程安全和懒加载,但性能较低;4. 双重检查锁通过volatile和同步块实现高效线程安全与懒加载,实现较复杂;5. 静态内部类利用类加载机制实现线程安全和懒加载,推荐使用;6. 枚举实现线程安全且防止反射和序列化攻击,但不支持懒加载;防御反射攻击可在构造方法中检查实例是否存在并抛出异常,枚举单例天然防止反射攻击;单例模式通过类加载机制或同步手段保证多线程环境下的线程安全;单例模式限制一个类仅有一个实例并提供全局访问点,而工厂模式封装对象创建过程,两者关注点不同,单例控制实例数量,工厂抽象创建逻辑,工厂模式可创建单例对象,但二者本质不同,完整结束。

java怎样实现单例模式保证对象唯一 java单例模式实现的基础操作教程​

Java单例模式的核心在于确保一个类只有一个实例,并提供一个全局访问点。实现这一点,需要控制类的实例化过程。

解决方案

Java中实现单例模式有多种方法,各有优劣,选择哪种取决于具体场景的需求,比如是否需要懒加载、线程安全等。

1. 饿汉式(Eager Initialization)

这是最简单的实现方式,在类加载时就完成了实例化。

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

    private Singleton() {
        // 私有构造方法,防止外部实例化
    }

    public static Singleton getInstance() {
        return instance;
    }

    public void doSomething() {
        System.out.println("Singleton is doing something...");
    }
}
  • 优点: 实现简单,线程安全(因为在类加载时完成实例化)。
  • 缺点: 不是懒加载,如果单例对象一直没有被用到,会造成资源浪费。

2. 懒汉式(Lazy Initialization)

在第一次调用getInstance()方法时才进行实例化。

public class Singleton {
    private static Singleton instance;

    private Singleton() {
        // 私有构造方法,防止外部实例化
    }

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

    public void doSomething() {
        System.out.println("Singleton is doing something...");
    }
}
  • 优点: 实现了懒加载,只有在需要的时候才会创建实例。
  • 缺点: 线程不安全,在多线程环境下可能会创建多个实例。

3. 线程安全的懒汉式(Synchronized Lazy Initialization)

为了解决懒汉式的线程安全问题,可以对getInstance()方法进行同步。

public class Singleton {
    private static Singleton instance;

    private Singleton() {
        // 私有构造方法,防止外部实例化
    }

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

    public void doSomething() {
        System.out.println("Singleton is doing something...");
    }
}
  • 优点: 线程安全,实现了懒加载。
  • 缺点: 效率较低,每次调用getInstance()方法都需要进行同步,开销较大。

4. 双重检查锁(Double-Checked Locking)

一种更高效的线程安全懒汉式实现。

public class Singleton {
    private volatile static Singleton instance;

    private Singleton() {
        // 私有构造方法,防止外部实例化
    }

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

    public void doSomething() {
        System.out.println("Singleton is doing something...");
    }
}
  • 优点: 线程安全,实现了懒加载,效率较高。
  • 缺点: 实现较为复杂,需要注意volatile关键字的使用,防止指令重排序导致的问题。

5. 静态内部类(Static Inner Class)

利用类加载机制保证线程安全和懒加载。

public class Singleton {
    private Singleton() {
        // 私有构造方法,防止外部实例化
    }

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

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

    public void doSomething() {
        System.out.println("Singleton is doing something...");
    }
}
  • 优点: 线程安全,实现了懒加载,实现简单,推荐使用。
  • 缺点: 无。

6. 枚举(Enum)

最简洁的实现方式,可以防止反射攻击和序列化问题。

public enum Singleton {
    INSTANCE;

    public void doSomething() {
        System.out.println("Singleton is doing something...");
    }
}
  • 优点: 线程安全,防止反射攻击和序列化问题,实现简单。
  • 缺点: 不能懒加载。

单例模式中的反射攻击如何防御?

反射机制允许在运行时检查和修改类的行为。对于单例模式,这意味着可以通过反射创建多个实例,破坏单例的特性。防御反射攻击的主要方法是在构造方法中进行检查,如果已经存在实例,则抛出异常。例如:

public class Singleton {
    private static Singleton instance;

    private Singleton() {
        if (instance != null) {
            throw new IllegalStateException("Singleton instance already exists.");
        }
    }

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

这样,即使通过反射调用构造方法,也会因为抛出异常而无法创建新的实例。枚举单例天然防止反射攻击,因为Java语言规范禁止通过反射创建枚举实例。

单例模式在多线程环境下如何保证线程安全?

多线程环境是单例模式需要重点考虑的场景。线程安全意味着在多个线程同时访问单例对象时,不会出现数据不一致或者创建多个实例的情况。上述的几种实现方式中,饿汉式、静态内部类和枚举天生就是线程安全的。懒汉式需要进行同步处理,才能保证线程安全。双重检查锁是一种常用的优化手段,可以减少同步的开销。

单例模式与工厂模式的区别是什么?

单例模式和工厂模式是两种不同的设计模式,虽然它们都涉及到对象的创建,但解决的问题和应用场景不同。单例模式关注的是如何保证一个类只有一个实例,并提供全局访问点。工厂模式关注的是如何将对象的创建过程封装起来,使得客户端不需要知道具体类的创建细节。简单来说,单例模式是限制类的实例化数量,而工厂模式是抽象类的实例化过程。工厂模式可以创建单例对象,但单例模式不一定需要通过工厂模式来创建。

本篇关于《Java单例模式实现与对象唯一保障》的介绍就到此结束啦,但是学无止境,想要了解学习更多关于文章的相关知识,请关注golang学习网公众号!

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