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【24种设计模式】单例模式（Singleton Pattern）

article 2024/11/15 15:35:52

当我们需要确保一个类只有一个实例时，可以使用单例模式。单例模式确保一个类只有一个实例，并提供一个全局访问点来获取该实例。

单例模式有多种实现方式，包括饿汉式、懒汉式和双重检查锁等。下面我们将分别介绍这些实现方式的特点和示例。

饿汉式单例模式

饿汉式单例模式在类加载时就创建了实例，因此它是线程安全的。具体实现如下：

public class Singleton {
    private static final Singleton instance = new Singleton();

    private Singleton() {
        // 私有构造函数
    }

    public static Singleton getInstance() {
        return instance;
    }
}

在这个示例中，我们将构造函数设为私有，防止其他类直接创建该类的实例。然后，我们在类中定义一个私有静态变量 instance，并在类加载时进行初始化。最后，我们提供一个公共的静态方法 getInstance() 来获取该实例。

懒汉式单例模式

懒汉式单例模式延迟创建实例，只有在第一次使用时才进行初始化。懒汉式单例模式可能存在线程安全问题，因此需要考虑多线程环境下的实现。下面是一种线程安全的懒汉式单例模式实现方式：

public class Singleton {
    private static volatile Singleton instance;

    private Singleton() {
        // 私有构造函数
    }

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

在这个示例中，我们将构造函数设为私有，防止其他类直接创建该类的实例。然后，我们定义一个私有静态变量 instance，并使用 volatile 关键字来确保多线程环境下的可见性。在 getInstance() 方法中，我们使用双重检查锁机制来确保只有在实例为 null 时才进行初始化。

双重检查锁单例模式

双重检查锁单例模式是懒汉式单例模式的改进，它通过减少同步的次数来提高性能。具体实现如下：

public class Singleton {
    private static volatile Singleton instance;

    private Singleton() {
        // 私有构造函数
    }

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

在这个示例中，我们使用了双重检查锁机制，首先检查实例是否已经被创建，如果没有，则进入同步块。在同步块内部，再次检查实例是否已经被创建，如果没有，则创建实例。这样可以减少同步的次数，提高性能。

无论是饿汉式、懒汉式还是双重检查锁单例模式，它们都可以确保一个类只有一个实例，并提供一个全局访问点来获取该实例。选择适合的单例模式实现方式取决于实际需求和性能考虑。单例模式在许多场景中都有应用，例如日志记录器、数据库连接池等。
当我们需要确保一个类只有一个实例时，可以使用单例模式。单例模式具有以下特点和应用场景：

特点：
- 单例模式确保一个类只有一个实例，并提供一个全局访问点来获取该实例。
- 单例类的构造函数必须是私有的，以防止其他类直接创建实例。
- 单例类通过静态方法或枚举实现全局访问点。
应用场景：
- 日志记录器：在多个地方记录日志时，使用单例模式可以确保只有一个日志记录器实例，方便统一管理和控制日志输出。
- 配置信息管理器：在应用程序中，通常会有一些全局的配置信息，使用单例模式可以确保只有一个配置信息管理器实例，方便读取和修改配置信息。
- 数据库连接池：在高并发的情况下，使用单例模式可以确保只有一个数据库连接池实例，避免创建过多的数据库连接，提高性能和资源利用率。
- 缓存：在需要缓存数据的场景中，使用单例模式可以确保只有一个缓存实例，方便统一管理和操作缓存数据。
- 线程池：在需要管理线程的场景中，使用单例模式可以确保只有一个线程池实例，方便统一管理和调度线程任务。

除了上述应用场景，单例模式在许多其他情况下也有应用。它可以提供全局的访问点，方便对实例进行控制和操作。同时，单例模式还可以节省系统资源，避免创建过多的实例。

需要注意的是，单例模式可能会造成全局状态的存在，增加了程序的耦合性。因此，在使用单例模式时需要慎重考虑，确保真正需要全局唯一实例的场景才使用。此外，如果单例类的实例需要进行资源释放或销毁，需要额外考虑实现方式，以免造成资源泄露或内存泄露的问题。

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