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高并发下如何用单例模式提升代码效率？

创作时间:

作者:

@小白创作中心

高并发下如何用单例模式提升代码效率？

引用

CSDN

等

来源

https://blog.csdn.net/qq_29025955/article/details/139464091

https://blog.csdn.net/weixin_39682092/article/details/145336727

https://blog.csdn.net/m0_64372868/article/details/140244238

https://blog.csdn.net/m0_74173529/article/details/137357642

https://blog.csdn.net/Flying_Fish_roe/article/details/137474435

https://developer.aliyun.com/article/1058641

https://juejin.cn/post/7427017301369389056

https://developer.aliyun.com/article/1576251

https://cloud.tencent.com/developer/article/2388778

在现代软件开发中，特别是在高并发场景下，单例模式是一种非常重要的设计模式。通过合理使用单例模式，不仅可以减少重复代码，还能显著提高程序的执行效率。例如，在多线程环境中，利用饿汉式或双重锁检查等方式实现线程安全的单例模式，能够有效防止资源浪费并保证数据一致性。这些方法不仅适用于Java等传统语言，同样可以在JavaScript等前端框架中找到应用场景。了解并掌握这些技巧，将有助于开发者在实际项目中更好地应对各种复杂情况，从而提升整体工作效率。

单例模式的基本概念

单例模式（Singleton Pattern）是一种常用的软件设计模式，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。这种模式在实际开发中非常常见，特别是在需要频繁创建和销毁对象的场景中，单例模式可以显著提高程序的性能和资源利用率。

单例模式的主要优点包括：

资源共享：通过共享唯一的实例，可以减少系统资源的消耗
全局访问：提供全局访问点，方便在任何地方使用
控制实例化：防止其他代码随意创建实例，确保实例的唯一性

然而，单例模式也有一些缺点：

违背单一职责原则：单例类可能承担过多职责
难以并行：在多线程环境下需要额外处理线程安全问题
不支持懒加载：某些实现方式可能在程序启动时就创建实例

高并发场景下的挑战

在高并发场景下，单例模式面临着一些特殊的挑战，主要集中在两个方面：线程安全和性能。

线程安全问题：在多线程环境中，如果多个线程同时尝试创建单例实例，可能会导致多个实例被创建，从而违反单例模式的核心原则。因此，必须确保实例化过程是线程安全的。
性能问题：为了保证线程安全而采取的同步措施可能会降低程序的性能。例如，过度使用synchronized关键字会导致线程阻塞，影响系统的吞吐量。

线程安全的实现方式

为了应对高并发场景下的挑战，开发者们提出了多种线程安全的单例模式实现方式。以下是几种常见的实现方法：

1. 饿汉式

饿汉式是最简单的单例模式实现方式。它在类加载时就创建实例，因此天然具备线程安全性。

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

优点：

实现简单
绝对线程安全

缺点：

无法实现懒加载
实例创建时间可能提前

2. 懒汉式

懒汉式实现了懒加载，即在第一次使用时才创建实例。但基本的懒汉式实现并不线程安全。

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

3. 双重检查锁定（DCL）

双重检查锁定是一种常用的线程安全实现方式，它结合了懒加载和高性能的优点。

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

优点：

线程安全
懒加载
性能较好

缺点：

实现相对复杂
存在指令重排序问题（需要使用volatile关键字）

4. 静态内部类

静态内部类方式利用了Java类加载机制来保证线程安全，同时实现了懒加载。

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

优点：