在軟件工程中，設計模式扮演了至關重要的角色。它們提供了一種在解決特定設計問題時可復用和優(yōu)雅的解決方案。其中，單例模式因其獨特的創(chuàng)建機制和全局訪問點而被廣泛應用。本文旨在深入探討單例模式，詳細解讀其不同的創(chuàng)建方式及它們各自的優(yōu)勢和適用場景。

理解單例模式

單例模式是一種創(chuàng)建模式，旨在保證一個類在應用程序的生命周期內只有一個實例，并提供一個全局訪問點。這意味著當您嘗試創(chuàng)建一個類的多個對象時，實際上您得到的是同一個實例。單例模式保證了一致的狀態(tài)，降低了內存開銷，并可以在系統(tǒng)的任何地方使用相同的對象實例。

餓漢式單例

餓漢式單例在類加載時就完成了實例的初始化。由于靜態(tài)變量的創(chuàng)建是線程安全的，這種方式自然不涉及多線程問題，簡單實用。然而，它的缺點是，若該實例過早創(chuàng)建，可能會導致資源的浪費。

public class Singleton {
    // 在類初始化時立即加載這個對象，天生線程安全
    private static final Singleton INSTANCE = new Singleton();

    private Singleton() {}

    public static Singleton getInstance() {
        return INSTANCE;
    }
}

懶漢式單例

相對于餓漢式，懶漢式單例推遲了實例的創(chuàng)建，提供了延遲加載的優(yōu)勢。這是通過在方法調用時，才創(chuàng)建實例來實現(xiàn)的。但這種方式必須處理多線程環(huán)境下的并發(fā)訪問，通常需要使用同步機制來保證線程安全。

public class Singleton {
    private static volatile Singleton instance = null;

    private Singleton() {}

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

靜態(tài)內部類單例

靜態(tài)內部類單例模式結合了餓漢式的線程安全性和懶加載的資源優(yōu)勢。只有在第一次使用 getInstance 方法時，才會加載 SingletonHolder 類，這樣就完成了 Singleton 的實例創(chuàng)建。

public class Singleton {

    private Singleton() {}

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

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

枚舉單例

枚舉單例是實現(xiàn)單例模式的最佳方法之一。它不僅能避免多線程同步問題，而且還能防止反序列化重新創(chuàng)建新的對象。

public enum Singleton {
    INSTANCE;

    public void someMethod() {
        // perform some actions
    }
}

選擇正確的單例模式

當你決定使用單例模式時，應該基于具體情況來選擇實現(xiàn)方式：

• 如果應用程序總是需要使用單例的實例，或者單例的創(chuàng)建開銷不大時，餓漢式單例是一個不錯的選擇。
• 如果單例的創(chuàng)建成本高，或者希望延遲其創(chuàng)建，應當考慮懶漢式單例。
• 靜態(tài)內部類單例為我們提供了延遲加載和線程安全的創(chuàng)建方式，它是實現(xiàn)單例模式的一個優(yōu)雅選擇。
• 如果您需要維護單例的狀態(tài)，并且對于序列化有要求，枚舉單例模式將是最佳選擇。

總結

單例模式通過確保一個類有且僅有一個實例，并提供一個訪問此實例的全局訪問點，幫助我們控制對象的創(chuàng)建和資源消耗。了解不同的單例模式實現(xiàn)方式及其適用場景對于設計一個穩(wěn)健、可維護的系統(tǒng)是至關重要的。審慎選擇，可以讓單例模式成為您軟件架構中的寶貴資產。