Java 單例模式五種實作方式完整解析

Java 單例模式五種實作方式完整解析

單例模式確保類別在全域僅有一個實例，並提供全域存取點。常見應用：Spring 容器、資料庫連線池、快取管理、SessionFactory 等。本文詳細比較五種寫法的優缺點與適用場景。

核心要素

1. 私有建構子：防止外部 new
2. 靜態私有實例變數：儲存唯一實例
3. 公開靜態取得方法：getInstance()
4. 執行緒安全：多執行緒環境下仍保證唯一性

1. 餓漢式

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

• 優點：類別載入時即初始化，天然執行緒安全，呼叫效率最高
• 缺點：若實例從未被使用，佔用記憶體；無法延遲載入

2. 懶漢式

基本版（非執行緒安全）

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

• 缺點：多執行緒並發呼叫可能產生多個實例

同步鎖版

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

• 優點：執行緒安全
• 缺點：每次呼叫皆加鎖，效能差

雙重檢查鎖

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

• 優點：執行緒安全，僅首次初始化加鎖，效能佳
• 注意：instance 需加 volatile 防止指令重排

3. 靜態內部類

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

• 優點：延遲載入、執行緒安全、無同步開銷、程式碼簡潔
• 推薦程度：★★★★★

4. 列舉

public enum Singleton {
    INSTANCE;
    public void init() { System.out.println("資源初始化..."); }
}

• 優點：天然執行緒安全、防止反射破解、防止序列化重新建立實例
• Effective Java 作者 Joshua Bloch 強力推薦

比較總結表

優缺點總結

• 優點：節省資源、提升頻繁建構/銷毀物件的效能、統一管理全域狀態
• 缺點：隱藏建構子導致呼叫端不易發現、單元測試較難模擬、違反單一職責原則