理解 Java 中的單例模式

Java Singleton 模式是一種廣泛使用的設計模式，它保證一個類別只有一個實例並為其提供全域存取點。 將其視為監督團隊的單一經理 - 只有一個經理，每個人都透過該單一聯絡點進行互動。 本文將詳細介紹該模式在 Java 中的實作和各種方法。

為什麼要用單例模式？

• 保證單一實例： 確保應用程式中僅存在一個類別的一個實例。這對於管理資料庫連線（避免過多的連線建立和破壞）或印表機後台處理程序（防止使用者之間的衝突）等資源至關重要。
• 全域存取點： 為實例提供單一、隨時可用的存取點。
• 資源管理：高效率管理共享資源，例如設定、日誌系統或執行緒池。

如何在 Java 中實作單例模式

有許多方法，每種方法都有自己的權衡：

1。延遲初始化： 僅在第一次需要時建立實例。

<code class="language-java">import java.io.Serializable;

public class LazySingleton implements Serializable {
    private static LazySingleton instance;

    private LazySingleton() {
        if (instance != null) {
            throw new IllegalStateException("Instance already created");
        }
    }

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

    private Object readResolve() {
        return getInstance();
    }
}</code>

2。執行緒安全單例： 使用 synchronized 確保實例建立過程中的執行緒安全性。

<code class="language-java">import java.io.*;

public class ThreadSafeSingleton implements Serializable {
    private static final long serialVersionUID = 1L;
    private static ThreadSafeSingleton instance;

    private ThreadSafeSingleton() {
        if (instance != null) {
            throw new IllegalStateException("Instance already created");
        }
    }

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

    private Object readResolve() {
        return getInstance();
    }
}</code>

3。雙重檢查鎖定：透過最小化同步開銷來最佳化執行緒安全性。

<code class="language-java">import java.io.*;

public class DoubleCheckedLockingSingleton implements Serializable {
    private static final long serialVersionUID = 1L;
    private static volatile DoubleCheckedLockingSingleton instance;

    private DoubleCheckedLockingSingleton() {
        if (instance != null) {
            throw new IllegalStateException("Instance already created");
        }
    }

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

    private Object readResolve() {
        return getInstance();
    }
}</code>

4。 Bill Pugh Singleton（建議）： 使用靜態內部類別來確保延遲初始化和執行緒安全。

<code class="language-java">import java.io.*;

public class BillPughSingleton implements Serializable {
    private static final long serialVersionUID = 1L;

    private BillPughSingleton() {
        if (SingletonHelper.INSTANCE != null) {
            throw new IllegalStateException("Instance already created");
        }
    }

    private static class SingletonHelper {
        private static final BillPughSingleton INSTANCE = new BillPughSingleton();
    }

    public static BillPughSingleton getInstance() {
        return SingletonHelper.INSTANCE;
    }

    private Object readResolve() {
        return getInstance();
    }
}</code>

5。枚舉單例（現代方法）： 利用枚舉固有的線程安全性和序列化處理。 由於其簡單性和穩健性，這通常被認為是最好的方法。

<code class="language-java">public enum EnumSingleton {
    INSTANCE;

    public void showMessage() {
        System.out.println("Hello from Enum Singleton!");
    }
}</code>

單例實現總結

• 延遲初始化：簡單，但需要額外處理執行緒安全性和序列化。
• 執行緒安全單例：執行緒安全，但由於同步可能會產生效能開銷。
• 雙重檢查鎖定：比基本執行緒安全方法提高了效能。
• Bill Pugh Singleton： 優雅且高效，通常因其簡單性和線程安全性而受到青睞。
• Enum Singleton： 最簡潔、最強大的解決方案，利用 Java 的內建功能。 通常推薦用於現代 Java 開發。

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