单例模式：确保一个类只有一个实例
目录
引言
1. 单例模式的核心思想
2. 单例模式的实现方式
2.1 饿汉式单例
2.2 懒汉式单例
2.3 线程安全的懒汉式单例
2.4 双重检查锁定（Double-Checked Locking）
2.5 静态内部类实现单例
2.6 枚举实现单例
3. 单例模式的使用场景
4. 单例模式的优缺点
优点：
缺点：
5. 总结
引言
单例模式（Singleton Pattern）是设计模式中最简单且最常用的创建型模式之一。它的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来获取该实例。单例模式在许多场景中非常有用，例如配置管理、线程池、数据库连接池等。
1. 单例模式的核心思想
单例模式的核心思想是：
-
私有化构造函数：防止外部通过
new关键字创建实例。 -
提供一个静态方法：用于获取类的唯一实例。
-
确保唯一性：在整个应用程序生命周期中，类的实例只有一个。
2. 单例模式的实现方式
单例模式有多种实现方式，每种方式都有其优缺点。以下是几种常见的实现方式：
2.1 饿汉式单例
饿汉式单例在类加载时就创建实例，因此是线程安全的。
public class Singleton {
// 在类加载时创建实例
private static final Singleton INSTANCE = new Singleton();
// 私有化构造函数
private Singleton() {}
// 提供全局访问点
public static Singleton getInstance() {
return INSTANCE;
}
}饿汉式是最简单的单例模式的写法，保证了线程的安全，在很长的时间里，我都是饿汉模式来完成单例 的，因为够简单，后来才知道饿汉式会有一点小问题，看下面的代码：
public class Hungry {
private byte[] data1 = new byte[1024];
private byte[] data2 = new byte[1024];
private byte[] data3 = new byte[1024];
private byte[] data4 = new byte[1024];
private Hungry() {
}
private final static Hungry hungry = new Hungry();
public static Hungry getInstance() {
return hungry;
}
}在Hungry类中，我定义了四个byte数组，当代码一运行，这四个数组就被初始化，并且放入内存了，如 果长时间没有用到getInstance方法，不需要Hungry类的对象，这不是一种浪费吗？我希望的是 只有用 到了 getInstance方法，才会去初始化单例类，才会加载单例类中的数据。所以就有了 第二种单例模 式：懒汉式。
优点：
-
实现简单，线程安全。
缺点：
-
如果实例未被使用，会造成资源浪费。
2.2 懒汉式单例
懒汉式单例在第一次调用 getInstance() 时才创建实例。
public class LazyMan {
private LazyMan() {
System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"Start");
}
private static LazyMan lazyMan;
public static LazyMan getInstance() {
if (lazyMan == null) {
lazyMan = new LazyMan();
}
return lazyMan;
}
// 测试并发环境，发现单例失效
public static void main(String[] args) {
for (int i = 0; i < 10; i++) {
new Thread(()->{
LazyMan.getInstance();
}).start();
}
}
}缺点：
-
线程不安全，多个线程可能同时进入
if (instance == null)条件，导致创建多个实例。
2.3 线程安全的懒汉式单例
通过在 getInstance() 方法上加锁，可以解决懒汉式单例的线程安全问题。
public class LazyMan {
private LazyMan() {
}
private static LazyMan lazyMan;
public static LazyMan getInstance() {
if (lazyMan == null) {
synchronized (LazyMan.class) {
if (lazyMan == null) {
lazyMan = new LazyMan();
}
}
}
return lazyMan;
}
}保证了线程的安全性，又符合了懒加载，只有在用到的时候，才会去初始化，调用 效率也比较高，但是这种写法在极端情况还是可能会有一定的问题。因为 ：
lazyMan = new LazyMan();
不是原子性操作，至少会经过三个步骤：
1. 分配对象内存空间
2. 执行构造方法初始化对象
3. 设置instance指向刚分配的内存地址，此时instance ！=null；
由于指令重排，导致A线程执行 lazyMan = new LazyMan();的时候，可能先执行了第三步（还没执行第 二步），此时线程B又进来了，发现lazyMan已经不为空了，直接返回了lazyMan，并且后面使用了返回 的lazyMan，由于线程A还没有执行第二步，导致此时lazyMan还不完整，可能会有一些意想不到的错 误，所以就有了下面一种单例模式。
2.4 双重检查锁定（Double-Checked Locking）
双重检查锁定是一种优化后的线程安全懒汉式单例实现方式。
这种单例模式只是在上面DCL单例模式增加一个volatile关键字来避免指令重排：
public class LazyMan {
private LazyMan() {
}
private volatile static LazyMan lazyMan;
public static LazyMan getInstance() {
if (lazyMan == null) {
synchronized (LazyMan.class) {
if (lazyMan == null) {
lazyMan = new LazyMan();
}
}
}
return lazyMan;
}
}优点：
-
线程安全，且只有在第一次创建实例时加锁，性能较好。
注意：
-
必须使用
volatile关键字，防止指令重排序导致的问题。
2.5 静态内部类实现单例
静态内部类实现单例是一种优雅且线程安全的方式。
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：
-
线程安全，且只有在调用
getInstance()时才会加载SingletonHolder类，实现懒加载。
2.6 枚举实现单例
枚举实现单例是《Effective Java》推荐的方式，它天然支持线程安全和防止反射攻击。
public enum Singleton {
INSTANCE;
public void doSomething() {
System.out.println("Doing something...");
}
}优点：
-
线程安全，代码简洁，防止反射和序列化破坏单例。
3. 单例模式的使用场景
单例模式适用于以下场景：
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全局配置管理：例如读取配置文件，确保配置信息全局唯一。
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数据库连接池：确保连接池只有一个实例，避免资源浪费。
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日志管理：确保日志记录器全局唯一。
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线程池：确保线程池的唯一性，避免重复创建线程。
4. 单例模式的优缺点
优点：
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节省资源：避免重复创建对象，减少内存开销。
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全局访问点：方便对唯一实例的管理和访问。
缺点：
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扩展性差：单例类通常难以扩展，因为其构造函数是私有的。
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违背单一职责原则：单例类既负责创建实例，又负责业务逻辑。
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测试困难：单例类的全局状态可能导致测试困难。
5. 总结
单例模式是一种简单但强大的设计模式，适用于需要全局唯一实例的场景。通过不同的实现方式（如饿汉式、懒汉式、双重检查锁定、静态内部类、枚举等），可以满足不同的需求。
在实际开发中，应根据具体场景选择合适的单例实现方式。如果需要懒加载且线程安全，推荐使用静态内部类或枚举实现；如果需要更高的性能，可以考虑双重检查锁定。