[教程]揭秘Java单例模式的四大经典实现：原理、优缺点及实战案例分析

单例模式概述单例模式（Singleton Pattern）是设计模式中的一种创建型模式，其核心思想是确保一个类只有一个实例，并提供一个全局访问点来获取这个实例。在Java中，单例模式广泛应用于资源管理...

单例模式概述

单例模式（Singleton Pattern）是设计模式中的一种创建型模式，其核心思想是确保一个类只有一个实例，并提供一个全局访问点来获取这个实例。在Java中，单例模式广泛应用于资源管理、全局配置、日志管理等场景。

单例模式的四大经典实现

1. 饿汉式（Eager Initialization）

原理：饿汉式在类加载时就完成了实例的初始化，在类加载时就完成了实例化，保证了线程安全，但这种方式会提前占用内存。

代码示例：

public class EagerSingleton { private static final EagerSingleton instance = new EagerSingleton(); private EagerSingleton() {} public static EagerSingleton getInstance() { return instance; }
}

优缺点：

• 优点：简单易用，线程安全。
• 缺点：占用内存，类加载时即初始化。

2. 懒汉式（Lazy Initialization）

原理：懒汉式在第一次使用时才创建实例，避免了内存浪费，但线程不安全，需要添加同步控制。

代码示例：

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

优缺点：

• 优点：节省内存，延迟加载。
• 缺点：线程不安全，性能较低。

3. 双重检查锁定（Double-Checked Locking）

原理：双重检查锁定结合了懒汉式和同步控制的优势，确保线程安全，同时减少同步控制的开销。

代码示例：

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

优缺点：

• 优点：线程安全，性能较高。
• 缺点：代码复杂。

4. 静态内部类（Static Inner Class）

原理：静态内部类在类加载时不会立即加载，只有当使用getInstance()方法时才会加载，同时保证了线程安全。

代码示例：

public class StaticInnerClassSingleton { private static class SingletonHolder { private static final StaticInnerClassSingleton INSTANCE = new StaticInnerClassSingleton(); } private StaticInnerClassSingleton() {} public static final StaticInnerClassSingleton getInstance() { return SingletonHolder.INSTANCE; }
}

优缺点：

• 优点：线程安全，性能较高，简单易用。
• 缺点：代码复杂。

实战案例分析

以下是一个使用单例模式实现数据库连接池的案例：

public class DatabaseConnectionPool { private static final int MAX_CONNECTIONS = 10; private static int currentConnections = 0; private static List connections = new ArrayList<>(); private static DatabaseConnectionPool instance; private DatabaseConnectionPool() { if (currentConnections < MAX_CONNECTIONS) { Connection connection = DriverManager.getConnection("jdbc:mysql://localhost:3306/database", "username", "password"); connections.add(connection); currentConnections++; } } public static synchronized DatabaseConnectionPool getInstance() { if (instance == null) { instance = new DatabaseConnectionPool(); } return instance; } public Connection getConnection() { if (connections.isEmpty()) { return null; } return connections.remove(0); } public void releaseConnection(Connection connection) { connections.add(connection); }
}

在这个案例中，我们使用懒汉式单例模式来创建数据库连接池，确保整个应用程序中只有一个数据库连接池实例。

总结

Java单例模式有四种经典实现方式，每种实现方式都有其优缺点。在实际开发中，应根据具体场景选择合适的单例模式实现方式。