java设计模式：02-01-单例模式

单例模式（Singleton Pattern）

单例模式（Singleton Pattern）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。单例模式通常用于需要全局唯一实例的场景，例如：

日志记录（Logging）：应用程序中的所有组件都需要记录日志，单例模式可以确保日志记录器的唯一实例。
配置管理（Configuration Management）：配置文件的读取和写入需要全局唯一实例，以避免不同组件之间的配置不一致。
连接池（Connection Pooling）：数据库连接池需要管理有限数量的连接实例，单例模式可以确保连接池的唯一实例。
缓存（Caching）：全局缓存需要唯一实例，以便于所有组件共享缓存数据。
线程池（Thread Pool）：线程池需要全局唯一实例，以确保系统中只有一个线程池在管理线程。

单例模式的多种实现方式

1. 饿汉式（Eager Initialization）

思想：在类加载时就创建单例实例，避免了多线程问题，但如果实例占用资源较大且不一定会用到，会造成资源浪费。

实现方式：

java 复制代码

public class SingletonEager {
    private static final SingletonEager INSTANCE = new SingletonEager();

    private SingletonEager() {
        // 防止实例化的私有构造函数
    }

    public static SingletonEager getInstance() {
        return INSTANCE;
    }
}

优点：

实现简单。
类加载时创建实例，线程安全。

缺点：

如果单例实例占用资源较大且未使用，会造成资源浪费。

2. 懒汉式（Lazy Initialization）

思想：在第一次需要实例时创建，避免资源浪费，但需要处理多线程问题。

实现方式：

java 复制代码

public class SingletonLazy {
    private static SingletonLazy instance;

    private SingletonLazy() {
        // 防止实例化的私有构造函数
    }

    public static synchronized SingletonLazy getInstance() {
        if (instance == null) {
            instance = new SingletonLazy();
        }
        return instance;
    }
}

优点：

实例在第一次使用时创建，节省资源。

缺点：

需要加锁以确保线程安全，性能开销较大。

3. 双重检查锁定（Double-Checked Locking）

思想：结合饿汉式和懒汉式的优点，第一次检查实例是否为 null，避免不必要的同步，提高性能。

实现方式：

java 复制代码

public class SingletonDCL {
    private static volatile SingletonDCL instance;

    private SingletonDCL() {
        // 防止实例化的私有构造函数
    }

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

优点：

提高了懒汉式的性能，减少同步开销。

缺点：

代码较为复杂。

4. 静态内部类（Bill Pugh Singleton）

思想：利用类加载机制，只有在使用时才加载内部类，从而实现延迟加载和线程安全。

实现方式：

java 复制代码

public class SingletonStaticInnerClass {
    private SingletonStaticInnerClass() {
        // 防止实例化的私有构造函数
    }

    private static class SingletonHelper {
        private static final SingletonStaticInnerClass INSTANCE = new SingletonStaticInnerClass();
    }

    public static SingletonStaticInnerClass getInstance() {
        return SingletonHelper.INSTANCE;
    }
}

优点：

实现简单。
线程安全。
延迟加载。

缺点：

无法进行细粒度控制。

5. 枚举单例（Enum Singleton）

思想：使用 Java 枚举类型的特性，枚举类的实例天生是单例。

实现方式：

java 复制代码

public enum SingletonEnum {
    INSTANCE;

    public void someMethod() {
        // some method
    }
}

优点：

实现最简单。
线程安全。
防止反序列化创建新实例。

缺点：

枚举类型不灵活，无法进行细粒度控制。

总结

实现方式	优点	缺点
饿汉式（Eager Initialization）	实现简单，线程安全	可能造成资源浪费
懒汉式（Lazy Initialization）	实例在第一次使用时创建，节省资源	需要加锁以确保线程安全，性能开销较大
双重检查锁定（Double-Checked Locking）	提高了懒汉式的性能，减少同步开销	代码较为复杂
静态内部类（Bill Pugh Singleton）	实现简单，线程安全，延迟加载	无法进行细粒度控制
枚举单例（Enum Singleton）	实现最简单，线程安全，防止反序列化创建新实例	枚举类型不灵活，无法进行细粒度控制

不同的实现方式各有优劣，选择哪种实现方式应根据具体的应用场景和需求来决定。如果需要简单而且线程安全的实现，枚举单例是一个很好的选择。如果需要延迟加载且线程安全，静态内部类和双重检查锁定都是不错的选择。