单例模式(Singleton Pattern)是一种创建型设计模式,其核心目的是确保一个类只有一个实例,并提供一个全局访问点。以下是单例模式的详解:
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。这个实例被所有需要它的部分共享。
结构
单例模式通常包含以下几个部分:
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私有构造函数:确保外部代码不能通过new关键字创建类的实例。
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私有静态变量:保存类的唯一实例。
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公有静态方法:提供一个全局访问点,返回类的唯一实例。
实现方式
单例模式有几种不同的实现方式,包括懒汉式、饿汉式、双重检查锁定(Double-Checked Locking)和静态内部类等。
- 饿汉式(Eager Initialization)
在类加载时就创建实例,线程安全,但不是按需初始化。
public class Singleton {
private static final Singleton INSTANCE = new Singleton();
private Singleton() {
}
public static Singleton getInstance() {
return INSTANCE;
}
}
- 懒汉式(Lazy Initialization)
按需创建实例,但需要处理线程安全问题。
public class Singleton {
private static Singleton instance;
private Singleton() {
}
public static synchronized Singleton getInstance() {
if (instance == null) {
instance = new Singleton();
}
return instance;
}
}
- 双重检查锁定(Double-Checked Locking)
既按需创建实例,又确保线程安全。
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;
}
}
- 静态内部类(Static Nested Class)
利用Java的类加载机制保证线程安全,并且实现了懒加载。
public class Singleton {
private Singleton() {
}
private static class SingletonHolder {
private static final Singleton INSTANCE = new Singleton();
}
public static Singleton getInstance() {
return SingletonHolder.INSTANCE;
}
}
优点
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控制实例数量:确保一个类只有一个实例。
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资源节约:特别是在创建实例需要消耗大量资源时。
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全局访问点:提供全局访问点,方便访问实例。
缺点
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全局状态:单例持有的应用状态可能会导致测试困难和代码间的耦合。
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扩展困难:单例模式在某种程度上违反了开闭原则,扩展时需要修改实例化代码。
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线程安全问题:在多线程环境下需要额外处理线程安全问题。
应用场景
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配置管理器:配置信息全局访问,如数据库连接信息。
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连接池:数据库连接池通常设计为单例模式。
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日志记录器:全局日志记录器实例。
单例模式是一种简单但强大的设计模式,适用于需要严格控制实例数量的场景。