单例模式：从简单到复杂

2023-09-26 06:24:31

单例模式：初窥门径

单例模式是一种创建只允许存在一个实例的类的设计模式。这是实现全局变量的常用方法，但提供了一个更灵活和可控的替代方案。

单例模式的经典实现非常简单：

class Singleton {
  private static Singleton instance;

  private Singleton() {}

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

该实现使用一个私有静态变量 instance 来跟踪单例的实例。当 getInstance() 方法被调用时，它检查 instance 是否已经存在。如果没有，它将创建一个新实例并将其存储在 instance 中。否则，它将返回现有的实例。

微妙的复杂性

虽然这个基本实现可以工作，但它有一些微妙的复杂性：

线程安全： 在多线程环境中，多个线程可能同时调用 getInstance() 方法。这会导致创建多个实例，违反了单例模式的原则。为了解决这个问题，需要使用锁或原子操作来确保 getInstance() 方法的线程安全性。
序列化： 如果单例类是可序列化的，那么在反序列化过程中可能会创建多个实例。这是因为 Java 序列化机制会在反序列化期间创建一个新的对象，而不是返回现有的实例。
懒加载： 基本实现使用懒加载，这意味着单例实例只有在需要时才会创建。然而，在某些情况下，您可能希望在程序启动时就创建单例实例。

高级实现

为了解决这些复杂性，单例模式有几种更高级的实现方式：

饿汉式： 使用饿汉式单例，单例实例在类加载时创建，而不是在第一次调用 getInstance() 方法时创建。这消除了懒加载带来的开销，但也意味着单例实例始终存在，即使它从未被使用过。
登记式： 登记式单例使用中央注册表来管理单例实例。这允许延迟实例化，并提供了一种更灵活的方式来访问和控制单例实例。
双重检查锁定： 双重检查锁定是一种延迟实例化的懒加载实现，使用双重检查来确保线程安全。

最佳实践