java 中的单例类(singleton)
单例类是一种设计模式,确保一个类只有一个实例,并提供一个全局访问点。
单例模式的核心特点
- 唯一实例:类只能创建一个对象实例
- 全局访问:提供全局访问点获取该实例
- 自行实例化:类自己负责创建自己的实例
- 构造器私有:防止外部通过 new 创建实例
单例模式的实现方式
1. 饿汉式(eager initialization)
public class eagersingleton {
// 类加载时就创建实例
private static final eagersingleton instance = new eagersingleton();
// 私有构造器
private eagersingleton() {
// 防止反射攻击
if (instance != null) {
throw new runtimeexception("单例模式禁止反射创建实例");
}
}
// 全局访问点
public static eagersingleton getinstance() {
return instance;
}
public void showmessage() {
system.out.println("饿汉式单例");
}
}优点:简单、线程安全
缺点:如果实例未被使用,会造成内存浪费
2. 懒汉式(lazy initialization)
public class lazysingleton {
private static lazysingleton instance;
private lazysingleton() {}
// 线程不安全版本
public static lazysingleton getinstance() {
if (instance == null) {
instance = new lazysingleton();
}
return instance;
}
}3. 线程安全的懒汉式
public class threadsafesingleton {
private static volatile threadsafesingleton instance;
private threadsafesingleton() {}
// 方法同步(性能较差)
public static synchronized threadsafesingleton getinstance() {
if (instance == null) {
instance = new threadsafesingleton();
}
return instance;
}
}4. 双重检查锁(double-checked locking)
public class doublecheckedsingleton {
// 使用 volatile 保证可见性和禁止指令重排序
private static volatile doublecheckedsingleton instance;
private doublecheckedsingleton() {}
public static doublecheckedsingleton getinstance() {
if (instance == null) { // 第一次检查
synchronized (doublecheckedsingleton.class) {
if (instance == null) { // 第二次检查
instance = new doublecheckedsingleton();
}
}
}
return instance;
}
}5. 静态内部类(推荐使用)
public class innerclasssingleton {
private innerclasssingleton() {
// 防止反射攻击
if (singletonholder.instance != null) {
throw new runtimeexception("单例模式禁止反射创建实例");
}
}
// 静态内部类在第一次被引用时才会加载
private static class singletonholder {
private static final innerclasssingleton instance = new innerclasssingleton();
}
public static innerclasssingleton getinstance() {
return singletonholder.instance;
}
public void showmessage() {
system.out.println("静态内部类单例");
}
}优点:懒加载、线程安全、性能好
6. 枚举单例(最安全的方式)
public enum enumsingleton {
instance;
public void showmessage() {
system.out.println("枚举单例");
}
// 可以添加其他方法
public void dosomething() {
system.out.println("执行某些操作");
}
}
// 使用方式
enumsingleton.instance.showmessage();优点:
- 绝对防止多次实例化
- 自动支持序列化机制
- 防止反射攻击
单例模式的应用场景
// 1. 配置管理器
public class configurationmanager {
private static class holder {
static final configurationmanager instance = new configurationmanager();
}
private properties config;
private configurationmanager() {
// 加载配置文件
config = new properties();
try {
config.load(getclass().getresourceasstream("/config.properties"));
} catch (ioexception e) {
throw new runtimeexception("加载配置文件失败", e);
}
}
public static configurationmanager getinstance() {
return holder.instance;
}
public string getproperty(string key) {
return config.getproperty(key);
}
}
// 2. 数据库连接池
public class databaseconnectionpool {
private static final databaseconnectionpool instance = new databaseconnectionpool();
private list<connection> connections;
private databaseconnectionpool() {
// 初始化连接池
connections = new arraylist<>();
// ... 创建数据库连接
}
public static databaseconnectionpool getinstance() {
return instance;
}
public connection getconnection() {
// 从连接池获取连接
return connections.isempty() ? null : connections.remove(0);
}
public void releaseconnection(connection conn) {
connections.add(conn);
}
}
// 3. 日志记录器
public class logger {
private static volatile logger instance;
private logger() {
// 初始化日志系统
}
public static logger getinstance() {
if (instance == null) {
synchronized (logger.class) {
if (instance == null) {
instance = new logger();
}
}
}
return instance;
}
public void log(string message) {
system.out.println("[log] " + new date() + ": " + message);
}
}单例模式的注意事项
1. 序列化问题
public class serializablesingleton implements serializable {
private static final long serialversionuid = 1l;
private static serializablesingleton instance = new serializablesingleton();
private serializablesingleton() {}
public static serializablesingleton getinstance() {
return instance;
}
// 防止反序列化创建新实例
protected object readresolve() {
return getinstance();
}
}2. 反射攻击防护
public class reflectionsafesingleton {
private static reflectionsafesingleton instance;
private static boolean initialized = false;
private reflectionsafesingleton() {
synchronized (reflectionsafesingleton.class) {
if (initialized) {
throw new runtimeexception("单例模式禁止反射创建实例");
}
initialized = true;
}
}
public static reflectionsafesingleton getinstance() {
if (instance == null) {
synchronized (reflectionsafesingleton.class) {
if (instance == null) {
instance = new reflectionsafesingleton();
}
}
}
return instance;
}
}3. 克隆防护
public class clonesafesingleton implements cloneable {
private static final clonesafesingleton instance = new clonesafesingleton();
private clonesafesingleton() {}
public static clonesafesingleton getinstance() {
return instance;
}
// 防止克隆
@override
protected object clone() throws clonenotsupportedexception {
throw new clonenotsupportedexception("单例模式禁止克隆");
}
}总结
| 实现方式 | 线程安全 | 懒加载 | 性能 | 推荐度 |
|---|---|---|---|---|
| 饿汉式 | ✅ | ❌ | 好 | ★★★ |
| 懒汉式(同步) | ✅ | ✅ | 差 | ★★ |
| 双重检查锁 | ✅ | ✅ | 好 | ★★★★ |
| 静态内部类 | ✅ | ✅ | 好 | ★★★★★ |
| 枚举 | ✅ | ❌ | 好 | ★★★★★ |
最佳实践建议:
- 如果需要懒加载:使用静态内部类方式
- 如果不需要懒加载:使用枚举方式(最安全)
- 避免使用简单的懒汉式(线程不安全)
- 考虑序列化、反射、克隆等安全问题
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