创建型模式-单例模式

单例模式有两种常见的实现方式：饿汉式 和懒汉式。以下是它们的代码示例：

1. 饿汉式（Eager Initialization）

在类加载时就创建实例，线程安全，适用于单例对象耗费资源较小的场景。

public class SingletonEager {
    // 在类加载时就创建实例
    private static final SingletonEager instance = new SingletonEager();

    // 私有构造方法，防止外部实例化
    private SingletonEager() {}

    // 提供全局访问点
    public static SingletonEager getInstance() {
        return instance;
    }
}

优点：

• 简单直观
• 线程安全，不需要同步

缺点：

• 即使不使用该实例，类加载时也会创建对象，可能造成资源浪费。

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2. 懒汉式（Lazy Initialization）

在第一次调用 getInstance() 时才创建实例，适用于单例对象较耗资源且不一定每次都使用的场景。

2.1 线程不安全的懒汉式：

public class SingletonLazy {
    // 延迟初始化
    private static SingletonLazy instance;

    // 私有构造方法
    private SingletonLazy() {}

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

优点：

• 按需加载，节省资源

缺点：

• 线程不安全，多个线程可能同时创建多个实例

2.2 线程安全的懒汉式（同步方法）：

public class SingletonLazyThreadSafe {
    private static SingletonLazyThreadSafe instance;

    private SingletonLazyThreadSafe() {}

    // 通过同步锁保证线程安全
    public static synchronized SingletonLazyThreadSafe getInstance() {
        if (instance == null) {
            instance = new SingletonLazyThreadSafe();
        }
        return instance;
    }
}

优点：

• 线程安全，简单易懂

缺点：

• 每次获取实例都需要同步，性能开销较大

2.3 双重检查锁（Double-Check Locking）：

public class SingletonLazyDoubleCheck {
    private static volatile SingletonLazyDoubleCheck instance;

    private SingletonLazyDoubleCheck() {}

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

优点：

• 线程安全，且只在第一次创建时进行同步，性能较好

缺点：

• 代码较复杂，需要注意 volatile 的使用

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3. 静态内部类（推荐使用）

静态内部类的方式结合了懒汉式和饿汉式的优点，线程安全且高效。

public class SingletonStaticInnerClass {
    private SingletonStaticInnerClass() {}

    // 静态内部类
    private static class SingletonHolder {
        private static final SingletonStaticInnerClass INSTANCE = new SingletonStaticInnerClass();
    }

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

优点：

• 利用了类加载机制，保证线程安全
• 延迟初始化，按需加载
• 不需要同步，性能较高

这几种方式都可以实现单例模式，具体使用时可以根据项目的实际需求进行选择。

在 JDK 中，单例模式被广泛应用于很多核心类和工具类中。以下是一些经典的 JDK 类或组件使用单例模式的例子：

jdk中使用到的单例模式

1. java.lang.Runtime

Runtime 类用于与 JVM 交互，并提供了管理和控制 JVM 的方法。它使用了饿汉式单例。

Runtime runtime = Runtime.getRuntime();

• 使用场景 ：Runtime 提供了 JVM 相关的全局服务，比如执行操作系统命令、获取可用的内存和处理器数量等。
• 实现 ：通过 getRuntime() 方法获取唯一实例，类加载时就创建实例。

2. java.awt.Desktop

Desktop 类提供了一些平台相关的桌面操作功能，如打开浏览器、邮件客户端等。它也是通过单例模式实现的。

Desktop desktop = Desktop.getDesktop();

• 使用场景：用于与本地操作系统的桌面功能交互，如打开文件、发送邮件等。
• 实现 ：通过 getDesktop() 方法获取唯一实例。

3. java.lang.System

System 类提供了许多静态方法，用于与系统环境交互，如读取环境变量、标准输入输出等。它虽然没有传统意义的 getInstance()，但其设计本质上是一种单例模式，主要通过静态方法提供系统服务。

System.out.println("Hello, World!");

• 使用场景：处理标准输入输出流、系统属性、环境变量等。
• 实现：通过静态方法提供全局访问，不允许实例化。

4. java.util.logging.LogManager

LogManager 类负责管理全局日志配置，确保整个应用程序中日志记录的一致性。

LogManager logManager = LogManager.getLogManager();

• 使用场景：控制全局的日志配置，管理所有的 Logger 实例。
• 实现：使用单例模式确保只有一个日志管理器实例在运行时存在。

5. java.sql.DriverManager

DriverManager 用于管理数据库驱动程序，并处理与数据库的连接请求。

Connection connection = DriverManager.getConnection(url, user, password);

• 使用场景：管理数据库连接，加载和注册 JDBC 驱动程序。
• 实现：通过静态方法管理数据库连接，全局管理驱动程序的加载。

6. java.util.Calendar

Calendar 类用来操作日期和时间的实例，在一些实现（如 GregorianCalendar）中也使用了单例模式。

Calendar calendar = Calendar.getInstance();

• 使用场景：用于日期和时间的计算与操作。
• 实现 ：通过 getInstance() 提供全局访问点。

7. java.nio.file.FileSystems

FileSystems 类用来管理文件系统的访问。

FileSystem fileSystem = FileSystems.getDefault();

• 使用场景：获取文件系统的根路径，处理路径的文件操作。
• 实现 ：通过 getDefault() 方法获取默认的文件系统，内部实现单例模式。

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总结

这些 JDK 中的类，采用单例模式的原因通常是：

• 确保系统中某个类只有一个实例，避免资源浪费。
• 提供全局访问点，使得这些实例能够被多个地方访问和共享。
• 方便管理与外部系统交互的资源，如日志管理器、数据库连接、文件系统、JVM 资源等。