【地铁上的设计模式】--创建型模式：单例模式（一）--懒汉式单例
从本篇文章开始，我们就进入到了单例模式，关于单例模式里的分支模式会在后续的文章中一一讲解
什么是单例模式
单例模式是一种创建型设计模式，它保证一个类只有一个实例，并提供了全局访问点。单例模式确保在系统中，该类只有唯一的一个实例存在，并提供了一个访问该实例的全局点，以便全局访问。单例模式常用于管理共享资源，例如线程池、缓存、日志对象等等，这些资源需要在整个应用程序中共享和访问。如果每次需要访问这些资源时都要创建一个新对象，不仅会影响程序性能，还会占用过多的系统资源。
单例模式可以通过以下几种方式来实现：
- 懒汉式单例：在需要时才创建单例对象，但是在多线程环境下需要使用同步来保证只有一个实例。
- 饿汉式单例：在类加载时就创建单例对象，但是可能会浪费资源。
- 双重检验锁单例：结合了懒汉式和饿汉式的优点，同时也需要使用同步来保证线程安全。
- 静态内部类单例：通过内部类的特性实现延迟加载和线程安全。
- 枚举单例：枚举类型保证了只有一个枚举常量，因此可以直接作为单例来使用，而且线程安全。
单例模式可以保证全局只有一个实例，避免了不必要的资源浪费和对象创建的额外开销。同时，单例模式也是一种常见的设计模式，开发人员应该在实际开发中合理应用。
如何实现懒汉式单例模式
懒汉式单例的实现步骤如下：
- 将构造函数设为私有，防止外部直接创建实例。
- 在类中定义一个私有的静态变量用于保存单例实例，初始值为 null。
- 提供一个公有的静态方法，返回类的唯一实例。在该方法中，如果实例为 null，就创建一个新的实例，并将其赋值给静态变量，否则直接返回现有实例。
Java实现
public class LazySingleton {
private static LazySingleton instance = null;
private LazySingleton() {
// 私有构造函数
}
public static synchronized LazySingleton getInstance() {
if (instance == null) {
instance = new LazySingleton();
}
return instance;
}
}
在上面的代码中，getInstance() 方法是获取懒汉式单例实例的方法，使用 synchronized 关键字保证了线程安全。当第一个线程调用 getInstance() 方法时，会创建一个新的实例并将其赋值给 instance 变量，随后其他线程调用 getInstance() 方法时，直接返回已经创建的实例。这种实现方式简单易懂，但是在多线程环境下会存在性能问题。
C#实现
public class LazySingleton {
private static LazySingleton instance = null;
private static readonly object padlock = new object();
private LazySingleton() {
// 私有构造函数
}
public static LazySingleton GetInstance() {
lock (padlock) {
if (instance == null) {
instance = new LazySingleton();
}
return instance;
}
}
}
在上面的代码中，GetInstance() 方法是获取懒汉式单例实例的方法，使用 lock 关键字保证了线程安全。当第一个线程调用 GetInstance() 方法时，会创建一个新的实例并将其赋值给 instance 变量，随后其他线程调用 GetInstance() 方法时，直接返回已经创建的实例。这种实现方式简单易懂，和Java实现一样，在多线程环境下会存在性能问题。
总结
懒汉式单例模式是一种常用的创建型设计模式，它能够确保一个类只有一个实例，并提供了一个全局访问点。这种模式的核心思想是在需要的时候才去创建实例，从而避免了不必要的资源浪费。懒汉式单例模式的实现相对简单，只需要将构造函数设为私有，定义一个私有的静态变量保存单例实例，提供一个公有的静态方法返回类的唯一实例即可。但是需要注意的是，在多线程环境下，需要加锁保证线程安全。懒汉式单例模式的缺点是性能问题，由于每次获取实例都需要进行线程同步，所以在高并发环境下可能会出现性能瓶颈。