单例模式(Singleton Pattern)

定义

单例模式确保一个类只有一个实例,并提供一个全局访问点来访问该实例。

动机

在许多情况下,我们需要一个类有且只有一个实例。例如,系统中一个全局的配置管理器或日志记录器等对象。如果多个实例存在,会导致资源浪费或状态不一致的问题。

实现

通过私有化构造函数、一个静态变量和一个公有的静态方法来实现。

复制代码
public class Singleton {
    // 持有唯一实例的私有静态变量
    private static Singleton instance;
    
    // 私有构造函数,防止外部实例化
    private Singleton() {}
    
    // 提供全局访问点的公有静态方法
    public static Singleton getInstance() {
        if (instance == null) {
            instance = new Singleton();
        }
        return instance;
    }
}
优点
  1. 控制实例的数量:确保一个类只有一个实例。
  2. 节省资源:避免不必要的内存开销。
  3. 全局访问:提供一个全局访问点,方便获取实例。
缺点
  1. 违反单一职责原则:类不仅管理自己的实例化,还负责提供访问实例的接口。
  2. 不利于扩展:如果需要变更为多实例,需修改类的代码。
  3. 多线程环境下需要同步措施:在多线程环境中,可能会产生多个实例。
线程安全的单例实现

为了确保线程安全,可以在方法上加同步锁或使用双重检查锁定。

复制代码
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;
    }
}
应用场景
  1. 配置管理器:系统配置通常是全局的,并且只需要一个实例来管理配置参数。
  2. 日志记录器:在整个应用中统一记录日志信息,确保日志的统一性。
  3. 缓存:全局缓存对象,避免多次加载同样的数据。
示例应用场景

假设我们在开发一个简单的日志记录器,系统中需要一个全局的日志记录器来记录日志信息。我们可以使用单例模式来确保日志记录器只有一个实例。

复制代码
public class Logger {
    private static Logger instance;
    
    private Logger() {}
    
    public static Logger getInstance() {
        if (instance == null) {
            instance = new Logger();
        }
        return instance;
    }
    
    public void log(String message) {
        System.out.println(message);
    }
}

public class Application {
    public static void main(String[] args) {
        Logger logger = Logger.getInstance();
        logger.log("Application started.");
    }
}

在这个例子中,Logger 类采用单例模式实现,确保在整个应用程序中只有一个日志记录器实例。

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