常用设计模式1：单例模式（Java）

Java 中的单例模式

1. 什么是单例模式？

单例模式是一种创建型设计模式，它确保一个类只有一个实例，并提供一个全局访问点。在 Java 中，单例模式是最简单的设计模式之一，但其实现方式多样，每种方式都有其特点和适用场景。

2. 为什么使用单例模式？

• 保证一个类只有一个实例
• 提供对该实例的全局访问点
• 控制共享资源的并发访问
• 节省系统资源

3. Java 中实现单例模式的几种方式

3.1 懒汉式（线程不安全）

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

这种方式是最基本的实现方式，但它不是线程安全的。

3.2 懒汉式（线程安全）

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

这种方式通过同步方法确保了线程安全，但效率较低。

3.3 饿汉式

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

饿汉式在类加载时就创建实例，天生线程安全，但不能实现延迟加载。

3.4 双重检查锁定

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

这种方式既实现了延迟加载，又保证了线程安全。

3.5 静态内部类

public class Singleton {
    private Singleton() {}
    
    private static class SingletonHolder {
        private static final Singleton INSTANCE = new Singleton();
    }
    
    public static Singleton getInstance() {
        return SingletonHolder.INSTANCE;
    }
}

这种方式利用了类加载机制来保证初始化实例时只有一个线程。

3.6 枚举

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

枚举实现是最简洁的方式，自动支持序列化机制，防止反序列化重新创建新的对象。

4. 单例模式的注意事项

• 构造函数必须是私有的，防止外部直接实例化
• 考虑对象序列化可能破坏单例模式
• 多线程环境下需要特别注意线程安全问题
• 注意延迟加载与性能之间的权衡

5. 单例模式的应用场景

• 管理共享资源，如线程池、缓存、对话框、打印机等
• 控制数据库连接，保证连接池的数量
• 程序的日志应用，一般都使用单例模式实现日志对象
• 配置文件的读取，一般也用单例模式实现

6. 总结

单例模式虽然简单，但在实际应用中需要根据具体情况选择合适的实现方式。在 Java 中，静态内部类和枚举方式是较为推荐的实现方式，它们能够保证线程安全，还能防止反序列化重新创建新的对象。