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单例模式：懒汉和饿汉

news 来源：原创 2025/8/25 18:44:40

一、关于设计模式

二、单例模式是什么

2.1 饿汉模式

2.2 懒汉模式

三、单例模式和多线程

3.1 饿汉模式

3.2 懒汉模式

一、关于设计模式

单例模式是一种设计模式，说它之前先来聊聊设计模式是什么。

设计模式，类似于于棋谱（大佬把一些对局整个推演过程写出来）

设计模式，就相当于程序员的棋谱。大佬们把一些典型的问题场景，整理出来，并且针对这些场景，代码该怎么写，具体方案给出一些指导和建议。

框架是属于‘硬性要求’，设计模式是‘软性要求’，目标是一致的。

二、单例模式是什么

单例模式是设计模式中经典也是比较简单的模式

单个实例（对象）

强制要求，某个类，在某个程序中，只有唯一一个实例（不允许创建多个实例，不允许new多次）

class Test{}//对象/实例
Test t = new Test();

单例模式，强制要求一个类不能创建多个对象，通过一些编程技巧，达成上述的强制要求。

在代码中，如果创建多个实例，直接编译失败

单例模式两种情况：饿汉模式和懒汉模式。接下来会根据这两种情况进行展开

2.1 饿汉模式

饿，代表着迫切，想要尽早创建实例

class Singleton{//静态成员的初始化，是在类加载的阶段出发的//类加载往往就是在程序已启动就会触发private static Singleton instance = new Singleton();//后续通过get方法获取这里的实例public static Singleton getInstance(){return instance;}//单例模式中的“点睛之笔”，在外面进行new操作，都会编译失败private Singleton() {}
}public class demo1 {public static void main(String[] args) {Singleton t1 = Singleton.getInstance();Singleton t2 = Singleton.getInstance();System.out.println(t1 == t2);//会报错//Singleton t3 = new Singleton();}
}

2.2 懒汉模式

懒和饿是相对的，懒是尽量晚的创建实例（甚至可能不创建了），延迟创建

懒在计算机里是褒义词，另一个含义，是高效率

//懒汉模式
class SingletonLazy{private static volatile SingletonLazy instance = null;public static SingletonLazy getInstance() {if(instance == null){instance = new SingletonLazy();}return instance;}private SingletonLazy(){}
}public class demo2 {public static void main(String[] args) {SingletonLazy t1 = SingletonLazy.getInstance();SingletonLazy t2 = SingletonLazy.getInstance();System.out.println(t1 == t2);//SingletonLazy t3 = new SingletonLazy();}
}

三、单例模式和多线程

上述内容，都是引子，接下来才是正题

上述懒汉/饿汉模式，是否是线程安全？如果不是，该咋办？

这两个版本的getInstance在多线程环境下调用，是否会出bug？

我们可以一个个来看

3.1 饿汉模式

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

这里只涉及了 return，而return是读操作，线程安全

String 不可变对象，天然线程安全

3.2 懒汉模式

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

if(instance == null){

instance = new SingletonLazy();

}

这部分可能会涉及到多线程的修改

= 操作是原子的， += -= 这些是非原子的

这里可能会出现bug，这就导致懒汉模式这个写法，getInstance方法是线程不安全的。

怎么解决？

加锁是一个常规的操作

但也要注意加锁的位置，我们希望的是：

条件和修改都能打包成原子的操作

private static Object locker = new Object(); public static SingletonLazy getInstance() {synchronized(locker){if(instance == null){instance = new SingletonLazy();}}return instance;}

不是写了synchronized，代码就一定安全，一定得具体问题具体分析

引入加锁后，后执行的线程就会在加锁位置阻塞，阻塞到前一个线程解锁，当后一个线程进入条件的时候，前一个线程已经修改完毕，Instance不再为null，就不会进行后续new的操作。

也可以进行方法加锁

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

但是

加锁引入新的问题：

当把实例创建好之后，后续再调用getInstance，此时都是直接执行return，如果只是进行if判定+return，纯粹的读操作了，读操作不涉及线程安全问题

但是，每次调用上述方法，都会触发一次加锁操作，虽然不涉及线程安全问题，但是多线程情况下，这里的加锁，就会相互阻塞，影响程序的执行效率

所以我们可以这样：按需加锁

真正涉及到线程安全的时候，再加锁，不涉及的时候，就不加锁

如果实例已经创建过了，就不涉及线程安全问题提。如果还没创建，就涉及线程安全问题

public static SingletonLazy getInstance() {if(instance == null){ // 判断是否需要加锁synchronized (locker){ // if(instance == null){ // 判断是否需要new对象instance = new SingletonLazy();}}}return instance;
}

单线程中，连续两个相同的if，是毫无意义的，单线程中，执行流就只有一个，上一个if和下一个if是一样的

但是多线程中，两次判定之间，可能存在其他线程，就把if中的Instance变量给修改了，也就是导致了这里的两次if的结论可能不同

再仔细分析，上述代码，仍然存在问题：

t1线程在读取Instance的时候，t2线程进行修改，是否存在内存可见性问题？

可能存在，编译器优化这件事情，非常复杂

为了稳妥起见，可以给Instance直接加上一个volatile，从根本上杜绝，内存可见性问题


private static volatile SingletonLazy instance = null;

这里更关键的问题是：指令重排序

指令重排序也是编译器优化的一种体现形式，编译会在逻辑不变的前提下，调整代码执行的先后顺序，以达到提升性能的效果

编译器优化，往往不只是javac（Java语言的编译器，Java Compile）通常是javac和jvm配合的效果（甚至是操作系统也要配合）

instance = new SingletonLazy();

实例化对象，通常包括以下三个步骤：

申请内存空间
在空间上构造对象（初始化）
内存空间的首地址，赋值给引用变量

正常来说，这三个步骤，是按照1 2 3 这样的步骤来执行的

但是，在指令重排序下，可能是 1 3 2这样的顺序

单线程下1 2 3还是1 3 2 其实无所谓

如果是1 3 2 这样的顺序执行，多线程下是会出现bug的

对应的解决方法也要用到 volatile，并且上面也碰巧把这个问题解决了：

 private static volatile SingletonLazy instance = null;

Volatile 的功能有两方面：

确保每次独缺操作，都是读内存内存可见性
关于该变量的读取和修改操作，不会触发重排序

单例模式：懒汉和饿汉

目录一、关于设计模式二、单例模式是什么 2.1 饿汉模式 2.2 懒汉模式三、单例模式和多线程 3.1 饿汉模式 3.2 懒汉模式一、关于设计模式单例模式是一种设计模式，说它之前先来聊聊设计模式是什么。设计模式，类似于于棋谱（大佬把…...

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一、关于设计模式

二、单例模式是什么

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2.2 懒汉模式

三、单例模式和多线程

3.1 饿汉模式

3.2 懒汉模式

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