设计模式-单例模式

单例模式（Singleton Pattern）解释

定义
单例模式是一种创建型设计模式，确保一个类只有一个实例，并提供一个全局访问点来获取它。

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单例模式的特点

1. 全局唯一性：单例类只能有一个实例。
2. 全局访问点：通过提供一个静态方法或属性，允许其他类访问该唯一实例。
3. 懒加载：实例在第一次使用时创建，避免不必要的资源消耗（可选）。

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单例模式的实现方式

以下用 Java 示例讲解常见的单例模式实现方式。

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1. 饿汉式（Eager Initialization）

在类加载时就创建实例，线程安全，但如果实例未被使用会浪费资源。

public class Singleton {
    // 静态实例，类加载时初始化
    private static final Singleton INSTANCE = new Singleton();

    // 私有构造方法，防止外部实例化
    private Singleton() {}

    // 提供全局访问点
    public static Singleton getInstance() {
        return INSTANCE;
    }
}

优点：实现简单，线程安全。
缺点：类加载时就创建实例，即使未使用也会占用资源。

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2. 懒汉式（Lazy Initialization）

在需要时才创建实例，线程不安全。

public class Singleton {
    private static Singleton instance;

    // 私有构造方法
    private Singleton() {}

    // 提供全局访问点
    public static Singleton getInstance() {
        if (instance == null) {
            instance = new Singleton();
        }
        return instance;
    }
}

优点：实例在第一次使用时创建，避免资源浪费。
缺点：多线程环境下可能导致线程安全问题。

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3. 线程安全的懒汉式

通过 synchronized 关键字解决线程安全问题。

public class Singleton {
    private static Singleton instance;

    private Singleton() {}

    // 提供线程安全的全局访问点
    public static synchronized Singleton getInstance() {
        if (instance == null) {
            instance = new Singleton();
        }
        return instance;
    }
}

优点：线程安全，懒加载。
缺点：性能较低，每次获取实例时都需要同步。

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4. 双重检查锁（Double-Checked Locking）

结合懒加载和线程安全，推荐使用。

public class Singleton {
    private static volatile Singleton instance;

    private Singleton() {}

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

优点：线程安全，性能高，推荐使用。
缺点：实现稍复杂，使用了 volatile 关键字确保变量可见性。

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5. 静态内部类

利用 Java 的类加载机制，线程安全且支持懒加载。

public class Singleton {
    private Singleton() {}

    // 静态内部类
    private static class SingletonHolder {
        private static final Singleton INSTANCE = new Singleton();
    }

    // 提供全局访问点
    public static Singleton getInstance() {
        return SingletonHolder.INSTANCE;
    }
}

优点：线程安全，懒加载，性能高。
缺点：实现稍复杂。

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6. 枚举单例

通过枚举实现单例模式，是最简单和推荐的方式之一。

public enum Singleton {
    INSTANCE;

    public void doSomething() {
        System.out.println("单例方法调用");
    }
}

优点：天生线程安全，防止反序列化破坏单例，代码简单。
缺点：不支持延迟加载（但通常这不是问题）。

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测试单例模式

public class SingletonTest {
    public static void main(String[] args) {
        Singleton singleton1 = Singleton.getInstance();
        Singleton singleton2 = Singleton.getInstance();

        System.out.println(singleton1 == singleton2); // true，两个引用指向同一个实例
    }
}

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单例模式的优缺点

优点

1. 唯一实例：确保系统中只有一个对象，节省资源。
2. 全局访问：提供一个全局访问点，便于管理。

缺点

1. 扩展困难：由于类只能有一个实例，继承和扩展较难。
2. 并发问题：某些实现方式在多线程环境下可能不安全。

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使用场景

1. 日志记录器：系统中的日志类只需要一个实例。
2. 配置管理：全局配置类，避免重复加载配置。
3. 数据库连接池：确保多个模块共享同一个连接池。
4. 线程池：单例模式可用于管理线程池的全局访问。

通过以上方式，可以根据需求和场景选择合适的单例模式实现方式。