单例模式：保证一个类只有一个实例
什么是单例模式？
在软件开发中，有些类只需要一个实例，比如数据库连接池、线程池等。单例模式就是一种设计模式，用于确保一个类只有一个实例，并提供一个全局访问点。
实现单例模式的方法（最常见的五种）
1. 饿汉式
饿汉式是最简单的实现方式，它在类加载时就创建了实例，并且提供一个静态方法返回该实例。
java
/**
* 单例模式 - 饿汉式
* 优点：线程安全
* 缺点：资源浪费
*/
public class Singleton1 {
// 1. 声明并创建静态实例
private static Singleton1 instance = new Singleton1();
// 2. 构造器私有
private Singleton1() {}
// 3. 公有的静态方法，获取实例
public static Singleton1 getInstance() {
return instance;
}
}jdk源码中的 Runtime 就使用了这种方式实现单例模式
Runtime部分源码
java
public class Runtime {
// 声明并创建静态实例
private static Runtime currentRuntime = new Runtime();
/**
* Returns the runtime object associated with the current Java application.
* Most of the methods of class <code>Runtime</code> are instance
* methods and must be invoked with respect to the current runtime object.
*
* @return the <code>Runtime</code> object associated with the current
* Java application.
*/
// 公有的静态方法，获取实例
public static Runtime getRuntime() {
return currentRuntime;
}
// 构造器私有
/** Don't let anyone else instantiate this class */
private Runtime() {}2. 懒汉式
懒汉式是在第一次使用时才创建实例，它使用了延迟加载的方式。
java
/**
* 单例模式 - 懒汉式
* 优点：线程安全, 懒加载,避免了资源浪费
* 缺点：在多线程环境下，每次调用getInstance()方法都需要进行同步，会影响性能
*/
public class Singleton2 {
// 1. 声明静态实例
private static Singleton2 instance;
// 2. 构造器私有
private Singleton2() {};
// 3. 静态公有方法，获取实例，对该方法进行加synchronized进行线程同步
public static synchronized Singleton2 getInstance() {
if (instance == null) {
instance = new Singleton2();
}
return instance;
}
}3. 双检锁
双检锁是对懒汉式的改进，它使用了双重检查来提高性能。
java
/**
* 单例模式 - 双重检索
* 优点：线程安全、懒加载、性能好
*/
public class Singleton3 {
// 1. 声明私有实例，使用volatile修饰，保证可见性、防止指令重排
private static volatile Singleton3 instance;
// 2. 构造器私有
private Singleton3() {};
// 3. 静态公有方法，获取实例，加入双重检查代码
public static Singleton3 getInstance() {
if (instance == null) {
synchronized (Singleton3.class) {
if (instance == null) { // 双重检查
instance = new Singleton3();
}
}
}
return instance;
}
}4. 静态内部类
静态内部类方式是利用了类加载机制来保证线程安全和延迟加载。
java
/**
* 单例模式 - 静态内部类
* 优点：线程安全、懒加载、性能好
*/
public class Singleton4 {
// 1. 私有静态内部类，内部创建静态实例
private static class SingletonInstance {
private static final Singleton4 INSTANCE = new Singleton4();
}
// 2. 构造器私有
private Singleton4() {};
// 3. 静态公有方法，获取实例
public static Singleton4 getInstance() {
return SingletonInstance.INSTANCE;
}
}5.枚举
借助了 JDK1.5 中添加的枚举来实现单例模式
java
/**
* 单例模式 - 枚举
* 优点：线程安全、性能好、防止反序列化重新创建新的对象
*/
enum Singleton5 {
INSTANCE; // 属性
}单例模式的优点
- 提供了对唯一实例的控制，确保只有一个实例存在。
- 提供了全局访问点，方便其他类使用该实例。
- 避免了重复创建实例的开销，提高了性能。
单例模式的应用场景
- 数据库连接池：保证只有一个连接池实例，避免资源浪费。
- 配置文件管理器：保证只有一个实例读取和管理配置文件。
- 日志记录器：保证只有一个实例记录日志。
单例模式的注意事项
- 线程安全：在多线程环境下，需要考虑线程安全性，可以使用同步锁或者双重检查锁定来保证线程安全。
- 序列化和反序列化：如果单例类需要支持序列化和反序列化，需要添加readResolve()方法来返回单例实例。
- 类加载器：在使用单例模式时，需要注意类加载器的问题，确保只有一个类加载器加载单例类。
总结
单例模式是一种常用的设计模式，它可以确保一个类只有一个实例，并提供一个全局访问点。通过选择合适的实现方式，可以满足不同的需求。在使用单例模式时，需要注意线程安全性、序列化和反序列化、类加载器等问题。合理地使用单例模式可以提高性能，减少资源消耗，提高代码的可维护性和可扩展性。