Java创建型模式---单例模式

单例模式基础概念

单例模式是一种创建型设计模式，其核心思想是确保一个类仅有一个实例，并提供一个全局访问点来获取这个实例。在 Java 中实现单例模式主要有以下关键点：

1. 私有构造函数 - 防止外部通过new关键字创建实例
2. 静态实例变量 - 类内部持有唯一实例的引用
3. 静态访问方法 - 提供全局访问该实例的入口

单例模式的几种实现方式

1. 饿汉式（线程安全）

饿汉式是最简单的实现方式，在类加载时就创建实例：

public class EagerSingleton {
    // 类加载时就初始化实例
    private static final EagerSingleton instance = new EagerSingleton();
    
    // 私有构造函数
    private EagerSingleton() {}
    
    // 静态访问方法
    public static EagerSingleton getInstance() {
        return instance;
    }
}

优点：实现简单，线程安全
缺点：类加载时就创建实例，可能造成资源浪费

2. 懒汉式（非线程安全）

懒汉式在首次调用时才创建实例，但存在线程安全问题：

public class LazySingleton {
    private static LazySingleton instance;
    
    private LazySingleton() {}
    
    // 非线程安全的获取实例方法
    public static LazySingleton getInstance() {
        if (instance == null) {
            instance = new LazySingleton();
        }
        return instance;
    }
}

优点：延迟加载，避免资源浪费
缺点：多线程环境下可能创建多个实例

3. 懒汉式（线程安全，同步方法）

为了解决线程安全问题，可以对获取实例的方法进行同步：

public class LazySingletonSynchronized {
    private static LazySingletonSynchronized instance;
    
    private LazySingletonSynchronized() {}
    
    // 同步方法，保证线程安全
    public static synchronized LazySingletonSynchronized getInstance() {
        if (instance == null) {
            instance = new LazySingletonSynchronized();
        }
        return instance;
    }
}

优点：线程安全，延迟加载
缺点：同步方法开销大，影响性能

4. 双重检查锁定（Double-Checked Locking）

结合懒加载和性能优化的双重检查锁定实现：

public class DoubleCheckedLockingSingleton {
    // 使用volatile关键字保证可见性和禁止指令重排序
    private static volatile DoubleCheckedLockingSingleton instance;
    
    private DoubleCheckedLockingSingleton() {}
    
    public static DoubleCheckedLockingSingleton getInstance() {
        // 第一次检查，避免不必要的同步
        if (instance == null) {
            synchronized (DoubleCheckedLockingSingleton.class) {
                // 第二次检查，确保在同步块内没有其他线程创建实例
                if (instance == null) {
                    instance = new DoubleCheckedLockingSingleton();
                }
            }
        }
        return instance;
    }
}

优点：线程安全，延迟加载，性能优化
缺点：实现复杂，需要理解 volatile 关键字的作用

5. 静态内部类（推荐）

利用 Java 静态内部类的特性实现高效、线程安全的单例：

public class StaticInnerClassSingleton {
    private StaticInnerClassSingleton() {}
    
    // 静态内部类，持有外部类的实例
    private static class SingletonHolder {
        private static final StaticInnerClassSingleton INSTANCE = new StaticInnerClassSingleton();
    }
    
    public static StaticInnerClassSingleton getInstance() {
        return SingletonHolder.INSTANCE;
    }
}

优点：线程安全，延迟加载，实现简单
缺点：无法传递参数

6. 枚举（最佳实践）

使用枚举实现单例是最简洁、最安全的方式：

public enum EnumSingleton {
    INSTANCE;
    
    // 可以添加实例方法
    public void doSomething() {
        System.out.println("Singleton method called");
    }
}

优点：

• 线程安全
• 防止反序列化重新创建新的对象
• 防止反射攻击
• 实现简单

缺点：无法实现延迟加载

单例模式的应用场景

单例模式在以下场景中经常使用：

1. 资源管理器 - 如数据库连接池、文件系统
2. 配置信息类 - 全局配置信息的读取和管理
3. 日志记录器 - 统一的日志输出管理
4. GUI 组件 - 如窗口管理器、对话框等

注意事项

1. 序列化问题：如果单例类实现了 Serializable 接口，需要添加 readResolve () 方法防止反序列化创建新实例
2. 反射攻击：私有构造函数可以被反射破坏，枚举实现可以避免此问题
3. 多线程环境：必须考虑线程安全问题，推荐使用静态内部类或枚举实现

单例模式虽然简单，但在实际应用中需要根据具体场景选择合适的实现方式，同时注意处理好各种边界情况，确保单例的唯一性和安全性。