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单例设计模式（Singleton Pattern）

article 2024/10/21 19:20:08

在软件开发中，单例设计模式是一种非常常见的设计模式。它的主要目的是确保一个类只有一个实例，并提供一个全局访问点。在需要控制全局访问的情况下，例如配置管理、日志记录和资源池等场景中，单例模式显得尤为重要。

什么是单例模式

单例模式的核心思想是将类的构造函数私有化，从而禁止外部创建该类的实例。通过提供一个静态方法，用户可以获取类的唯一实例。这样，类的实例在整个应用程序的生命周期内始终保持唯一性。

单例模式的角色

Singleton: 负责创建和管理自己的唯一实例，并提供全局访问方法。

单例模式的实现

在Java中，有多种方式可以实现单例模式。以下是几种常见的方法：

1. 饿汉式单例

在类加载时就创建实例，线程安全，适合资源开销较小的场景。

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

    private Singleton() {}

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

2. 懒汉式单例

在需要时创建实例，线程不安全。通过加锁使其线程安全。

public class Singleton {
    private static Singleton instance;

    private Singleton() {}

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

3. 枚举单例

使用枚举实现单例，天然线程安全，且防止反序列化。

public enum Singleton {
    INSTANCE;
    
    public void someMethod() {
        // 方法实现
    }
}

单例模式的应用场景

配置管理: 应用程序通常需要读取配置文件，单例模式确保只有一个配置管理实例。
日志管理: 日志管理器通常是单例的，以避免多线程环境下的冲突。
资源池: 线程池或数据库连接池等资源管理类通常使用单例模式，以控制资源的访问。

Spring框架中的单例模式

在Spring框架中，所有使用@Component、@Service、@Repository等注解声明的Bean默认都是单例的。Spring容器在启动时会创建这些Bean的唯一实例，并在后续请求中提供相同的实例。

示例代码

import org.springframework.stereotype.Service;

@Service
public class ConfigurationManager {
    private String configValue;

    public ConfigurationManager() {
        // 初始化配置
        this.configValue = "default value";
    }

    public String getConfigValue() {
        return configValue;
    }
}

@RestController
public class AppController {
    private final ConfigurationManager configurationManager;

    public AppController(ConfigurationManager configurationManager) {
        this.configurationManager = configurationManager;
    }

    @GetMapping("/config")
    public String getConfig() {
        return configurationManager.getConfigValue();
    }
}