單例模式的實現方式

一、單例模式的概念

單例模式是一種創建型模式，它保證一個類只能被實例化一次，並提供了一個訪問該實例的全局訪問點。單例模式可以用來解決資源統一分配的問題，如線程池、全局緩存等。

單例模式的標準實現包含三個要素：1.私有的構造函數，2.靜態變數實例，3.公共的訪問方法。而實現單例模式的方式有很多，接下來我們將討論這些實現方式。

二、單例模式的五種實現方式

下面是單例模式的五種實現方式：

餓漢式

public class Singleton {
    一個私有的、靜態的、final類型的實例對象
    private static final Singleton INSTANCE = new Singleton();
    
    私有構造函數
    private Singleton() {}
    
    公開訪問點
    public static Singleton getInstance() {
        return INSTANCE;
    }
}

餓漢式單例模式在類載入時已經創建了實例對象，因此不存在線程安全問題，但是如果實例對象很大，會導致啟動時間變長。

懶漢式

public class Singleton {
    私有的實例對象
    private static Singleton instance = null;
    
    私有構造函數
    private Singleton() {}
    
    公開訪問點
    public static synchronized Singleton getInstance() {
        if (instance == null) {
            instance = new Singleton();
        }
        return instance;
    }
}

懶漢式單例模式在第一次調用公開訪問點時才創建實例對象，解決了餓漢式單例模式啟動時間長的問題。但是在多線程環境下，存在線程安全問題，需要加鎖。

雙重檢查

public class Singleton {
    一個私有的、volatile類型的實例對象
    private static volatile Singleton instance = null;
    
    私有構造函數
    private Singleton() {}
    
    公開訪問點
    public static Singleton getInstance() {
        if (instance == null) {
            synchronized (Singleton.class) {
                if (instance == null) {
                    instance = new Singleton();
                }
            }
        } 
        return instance;
    }
}

雙重檢查單例模式在多線程環境下解決了線程安全問題，並且不需要每次都加鎖，相對於懶漢式單例模式有更優的性能。

靜態內部類

public class Singleton {
    私有構造函數
    private Singleton() {}
    
    私有靜態內部類
    private static class SingletonHolder {
        一個私有的、靜態的、final類型的實例對象
        private static final Singleton INSTANCE = new Singleton();
    }
    
    公開訪問點
    public static Singleton getInstance() {
        return SingletonHolder.INSTANCE;
    }
}

靜態內部類單例模式在外部類被載入的時候並不會被初始化，只有在調用公開訪問點時才會初始化內部類，從而創建實例對象。這種方式既避免了餓漢式單例模式的啟動時間長的問題，又避免了懶漢式單例模式的線程安全問題。

枚舉

public enum Singleton {
    INSTANCE; 
    
    公開方法
    public void doSomething() {}
}

枚舉單例模式是餓漢式單例模式的升級版，它天生就是線程安全的，並且可以防止反序列化創建新的實例對象。其優點在於簡潔明了，不需要做額外的工作即可實現單例模式。

三、單例模式的幾種實現方式

除了上述五種實現方式之外，還有一些單例模式的實現方式：

延遲初始化佔位類

public class Singleton {
    私有變數
    private String data = "this is a lazy initialized singleton";
    
    私有構造函數
    private Singleton() {}
    
    私有靜態內部類
    private static class Holder {
        私有靜態變數
        private static final Singleton INSTANCE = new Singleton();
    }
    
    私有靜態初始化方法
    private static final Singleton getInstance() {
        return Holder.INSTANCE;
    }
    
    公開訪問點
    public String getData() {
        return data;
    }
}

延遲初始化佔位模式是一種比較新穎的單例實現方式，它通過聲明一個私有的靜態內部類，該內部類包含單例的實例對象，並在第一次調用公開訪問點時才初始化該實例對象，從而達到懶漢式單例模式的效果，並且不需要加鎖保證線程安全。

ThreadLocal

public class Singleton {
    一個私有的ThreadLocal類型的實例對象
    private static ThreadLocal instance = new ThreadLocal() {{
        initialValue = new Singleton();
    }};
    
    私有構造函數
    private Singleton() {}
    
    公開訪問點
    public static Singleton getInstance() {
        return instance.get();
    }
}

ThreadLocal單例模式是一種較為特殊的單例實現方式，它結合了懶漢式單例模式和多線程環境下線程安全的特性，並且在每個線程中都可以有自己獨立的實例對象，從而達到可重入的效果。

四、單例模式的6種實現方式

除了上述介紹的五種實現方式之外，還有一種單例模式的實現方式，來看看它的實現：

註冊式單例

public class Singleton {
    一個私有的靜態Map類型的實例對象
    private static Map registry = new ConcurrentHashMap();
    
    靜態代碼塊
    static {
        Singleton instance = new Singleton();
        registry.put(instance.getClass().getName(), instance);
    }
    
    protected Singleton() {}
    
    公共靜態方法，返回指定名稱的單例對象
    public static Singleton getInstance(String name) {
        if (name == null) {
            name = Singleton.class.getName();
        }
        if (registry.get(name) == null) {
            registry.put(name, new Singleton());
        }
        return registry.get(name);
    }
}

註冊式單例模式將每個實例對象都註冊到一個Map容器中，以便在需要時快速獲取。該實現方式相對於其他實現方式來說比較複雜，而且需要考慮線程安全問題。

五、7種方式實現單例模式

雖然單例模式的標準實現方式只有三個要素，但是在實際使用的時候，我們還可以按照以下的七種方式來實現單例模式：

枚舉

和上面的枚舉單例模式一樣，這裡就不再重複介紹了。

餓漢式

和上面的餓漢式單例模式一樣，這裡就不再重複介紹了。

懶漢式

和上面的懶漢式單例模式一樣，這裡就不再重複介紹了。

雙重檢查

和上面的雙重檢查單例模式一樣，這裡就不再重複介紹了。

靜態內部類

和上面的靜態內部類單例模式一樣，這裡就不再重複介紹了。

延遲初始化佔位類

和上面的延遲初始化佔位類單例模式一樣，這裡就不再重複介紹了。

ThreadLocal

和上面的ThreadLocal單例模式一樣，這裡就不再重複介紹了。

六、實現單例模式的類具有

實現單例模式的類具有以下特點：

1.只能被實例化一次；

2.提供一個訪問該實例的全局訪問點；

3.在多線程環境下保證線程安全；

4.防止反序列化時創建新的實例對象。

七、單例模式的實現

以上方式都是通過私有的構造函數、靜態變數以及公開訪問點來實現單例模式的。

八、單例模式代碼實現

下面是一個簡單的單例模式實現的示例代碼：

public class Singleton {
    一個私有的、靜態的、final類型的實例對象
    private static final Singleton INSTANCE = new Singleton();
    
    私有構造函數
    private Singleton() {}
    
    公開訪問點
    public static Singleton getInstance() {
        return INSTANCE;
    }
}

九、總結

單例模式是一種重要的設計模式，它可以幫助我們解決資源統一分配的問題，並且提升了程序的可維護性和可測試性。在實際開發中，我們可以選擇適合自己的單例模式實現方式，並注意線程安全問題。