设计模式之——单例模式

一、介绍

什么是单例模式？单例模式就是采取一定的方法保证在整个系统中，只能存在一个对象实例。该类提供一个静态方法返回对象实例。

为什么要采用单例模式？

资源共享： 当你需要多个对象共享某些资源（如数据库连接池、线程池、缓存等）时，可以使用单例模式确保所有对象都使用同一个实例，避免资源的浪费和冲突。
全局访问点： 在某些情况下，需要全局访问一个对象，例如日志记录器、配置管理器等，这时可以使用单例模式确保在整个应用程序中只有一个实例，并且可以在任何地方方便地访问它。
控制实例数量： 单例模式可以限制类的实例化次数，确保只有一个实例存在。这在某些情况下是必要的，例如线程池中只需要有固定数量的线程实例。
懒加载： 在需要时才创建对象实例，延迟实例化。这可以节省资源，提高性能，尤其是当对象的初始化开销较大时。
保持一致性： 有些对象在系统中只应该有一个实例存在，例如系统配置信息或应用程序状态等。使用单例模式可以确保这些对象始终保持一致性。

采用单例模式的好处是什么？

节省资源： 单例模式可以节省系统资源，因为它限制了对象实例的数量。
简化访问： 全局访问点使得对象可以在任何地方轻松访问，提高了代码的可维护性和可读性。
确保一致性： 单例模式可以确保某些对象始终保持一致性，避免了状态的不一致性。

二、饿汉式单例

1、静态常量饿汉式

java 复制代码

public class Singleton {
    // 静态常量，类加载时即创建
    private static final Singleton instance = new Singleton();
    
    // 私有构造函数，防止外部类实例化
    private Singleton() {}
    
    // 获取单例实例的静态方法
    public static Singleton getInstance() {
        return instance;
    }
    
}

优点：写法简单，在类装载的时候完成了实例化，避免了线程安全的问题。

缺点：没有达到懒加载的效果。如果系统中没有使用到这个实例，就会造成内存浪费。

2、静态代码块饿汉式

java 复制代码

public class Singleton {

    private static Singleton instance;
    
    static{
        instance = new Singleton();
    }

    // 私有构造函数，防止外部类实例化
    private Singleton() {}
    
    // 获取单例实例的静态方法
    public static Singleton getInstance() {
        return instance;
    }
    
}

优缺点同上，只是改变了代码方式。

三、懒汉式单例

1、线程不安全的懒汉式

java 复制代码

public class Singleton {
    // 私有静态变量，初始值为 null
    private static Singleton instance;
    
    // 私有构造函数，防止外部类实例化
    private Singleton() {}
    
    // 获取单例实例的静态方法
    public static Singleton getInstance() {
        // 判断实例是否已经创建，如果未创建，则创建新实例
        if (instance == null) {
            instance = new Singleton();
        }
        return instance;
    }
    
}

优点：起到了懒加载的作用

缺点：只能在单线程下去使用，在多线程环境下，可能存在两个线程同时进去了if语句造成创建多个实例。在开发过程中，禁止使用这种方式。

2、线程安全的懒汉式

java 复制代码

public class Singleton {
    // 私有静态变量，初始值为 null
    private static Singleton instance;
    
    // 私有构造函数，防止外部类实例化
    private Singleton() {}
    
    // 获取单例实例的静态方法,使用synchronized关键字保证只有一个线程执行方法。
    public static synchronized Singleton getInstance() {
        // 判断实例是否已经创建，如果未创建，则创建新实例
        if (instance == null) {
            instance = new Singleton();
        }
        return instance;
    }
    
}

优点：解决了线程不安全问题

缺点：效率低下，每个线程在执行getInstance()方法时都需要等待其他线程释放锁，但在正常情况中，只需要有一个线程创建一次实例，其他线程直接获取返回值就可以了，因此在实际开发中仍然不推荐使用。

3、双重检查的懒汉式（推荐使用）

使用了volatile关键字，这个关键字修饰的变量对所有线程可见。关于该关键字的详细解释请看：多线程-并发编程、面试难点（线程合集）-CSDN博客

java 复制代码

public class Singleton {
    // 私有静态变量，初始值为 null
    private static volatile Singleton instance;
    
    // 私有构造函数，防止外部类实例化
    private Singleton() {}
    
    // 获取单例实例的静态方法
    public static Singleton getInstance() {
        // 双重判定解决线程安全问题，既保证了可以多线程访问，又保证了线程安全的问题。
        if (instance == null) {
            synchronized(singleton.class){
                if(instance == null){
                    instance = new Singleton();
                }
            }
        }
        return instance;
    }
    
}

优点：线程安全；懒加载；效率高；

缺点：无缺点，已经拉满了，开发中推荐使用！

4、静态内部类实现懒汉式（推荐使用）

这个实现原理是根据Java中类加载的顺序，在Singleton类加载时并不会加载静态内部类，而是只有在第一次调用的时候才会加载，借助这个类加载机制我们可以实现懒加载的单例。

java 复制代码

public class Singleton {
    
    // 私有构造函数，防止外部类实例化
    private Singleton() {}

    //使用静态内部类完成懒汉式单例
    private static class SingletonInstance{
        private static final Singleton INSTANCE = new Singleton();
    }
    
    // 获取单例实例的静态方法
    public static Singleton getInstance() {
        
        return SingletonInstance.INSTANCE;
    }
    
}

5、枚举实行单例模式（推荐使用）

java 复制代码

public enum Singleton {
    INSTANCE;

    // 枚举方法
    public void doSomething() {
        System.out.println("Singleton instance is doing something.");
    }

}

线程安全： 枚举类型在 Java 中是线程安全的，因此不需要额外的同步措施来保证线程安全性。
简洁明了： 使用枚举实现单例模式代码简洁清晰，不需要手动编写单例模式的实现逻辑。
序列化安全： 枚举类型默认实现了 Serializable 接口，并且在反序列化时保证只会创建一个实例，因此可以保证序列化和反序列化的安全性。
防止反射攻击： 枚举类型的实现方式可以防止通过反射来创建多个实例的情况，确保单例的唯一性。