23种设计模式之单例模式

紫风

发布于 2025-10-14 15:23:50

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下是 单例模式 (Singleton Pattern) 的详细介绍，包括定义、优缺点、应用场景及代码实现：

一、单例模式概述

英文名称：Singleton
核心目标：确保一个类仅有一个实例，并提供全局访问点。
设计思想：通过私有化构造方法、静态方法控制实例化，保证全局唯一性。

二、优缺点

优点：

全局唯一性：避免重复创建对象，节省资源（如配置管理、线程池等场景）。
延迟加载：某些实现方式支持按需创建实例（如懒汉式）。
严格访问控制：集中管理共享资源（如数据库连接池）。

缺点：

违反单一职责原则：单例类可能承担过多职责。
测试困难：全局状态可能影响单元测试的独立性。
线程安全问题：需注意多线程环境下的同步处理（如懒汉式）。

三、应用场景

配置管理：全局唯一的配置信息对象。
日志记录器：统一管理日志写入。
线程池/连接池：共享资源的管理。
硬件控制：如打印机后台服务。

四、代码实现与注释

以下是 5 种常见实现方式，针对不同场景选择：

1. 懒汉式（线程不安全）

public class LazySingleton {
    private static LazySingleton instance;

    // 私有构造方法，禁止外部直接实例化
    private LazySingleton() {}

    // 全局访问点（线程不安全）
    public static LazySingleton getInstance() {
        if (instance == null) {
            instance = new LazySingleton();
        }
        return instance;
    }
}

2. 饿汉式（线程安全）

public class EagerSingleton {
    // 类加载时直接初始化实例（线程安全）
    private static final EagerSingleton instance = new EagerSingleton();

    private EagerSingleton() {}

    public static EagerSingleton getInstance() {
        return instance;
    }
}

3. 双重检查锁（线程安全，延迟加载）

public class DoubleCheckedSingleton {
    // volatile 防止指令重排序
    private static volatile DoubleCheckedSingleton instance;

    private DoubleCheckedSingleton() {}

    public static DoubleCheckedSingleton getInstance() {
        if (instance == null) { // 第一次检查，避免不必要的同步
            synchronized (DoubleCheckedSingleton.class) {
                if (instance == null) { // 第二次检查，确保线程安全
                    instance = new DoubleCheckedSingleton();
                }
            }
        }
        return instance;
    }
}

4. 静态内部类（线程安全，延迟加载）

public class StaticInnerClassSingleton {
    private StaticInnerClassSingleton() {}

    // 静态内部类在首次调用 getInstance() 时加载
    private static class SingletonHolder {
        private static final StaticInnerClassSingleton INSTANCE = new StaticInnerClassSingleton();
    }

    public static StaticInnerClassSingleton getInstance() {
        return SingletonHolder.INSTANCE;
    }
}

5. 枚举（最佳实践，防止反射攻击）

public enum EnumSingleton {
    INSTANCE; // 单例实例

    // 添加业务方法
    public void doSomething() {
        System.out.println("Singleton is working");
    }

    // 使用示例：
    public static void main(String[] args) {
        EnumSingleton.INSTANCE.doSomething();
    }
}