java23种设计模式-单例模式

单例模式（Singleton Pattern）学习笔记

🌟 定义

单例模式 属于创建型设计模式，确保一个类只有一个实例，并提供全局访问点。是Java中最简单但实现最复杂的设计模式。

🎯 适用场景

需要控制资源访问（如数据库连接池）
全局配置对象
日志记录器
设备管理器（如打印机服务）
缓存系统
线程池/连接池管理

🔧 模式结构

📐 类图

Singleton -static instance: Singleton -Singleton() +static getInstance() +otherMethod()

🛠️ 核心组成

私有静态实例：存储唯一实例
私有构造方法：防止外部实例化
静态获取方法：全局访问入口
线程安全措施：保证多线程环境正确性

📝 代码实现（6种经典写法）

1. 饿汉式（线程安全）

java 复制代码

public class EagerSingleton {
    private static final EagerSingleton INSTANCE = new EagerSingleton();
    
    private EagerSingleton() {
        // 防止反射攻击
        if (INSTANCE != null) {
            throw new IllegalStateException("Already initialized");
        }
    }
    
    public static EagerSingleton getInstance() {
        return INSTANCE;
    }
}

2. 懒汉式（非线程安全）

java 复制代码

public class LazySingleton {
    private static LazySingleton instance;
    
    private LazySingleton() {}
    
    public static LazySingleton getInstance() {
        if (instance == null) {
            instance = new LazySingleton();
        }
        return instance;
    }
}

3. 同步方法懒汉式（线程安全）

java 复制代码

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

4. 双重检查锁（DCL，线程安全）

java 复制代码

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

5. 静态内部类（线程安全）

java 复制代码

public class InnerClassSingleton {
    private InnerClassSingleton() {}
    
    private static class SingletonHolder {
        static final InnerClassSingleton INSTANCE = new InnerClassSingleton();
    }
    
    public static InnerClassSingleton getInstance() {
        return SingletonHolder.INSTANCE;
    }
}

6. 枚举式（最佳实践，线程安全）

java 复制代码

public enum EnumSingleton {
    INSTANCE;
    
    public void doSomething() {
        // 业务方法
    }
}

✅ 优点

严格控实例数量
全局唯一访问点
延迟初始化（部分实现）
减少内存开销（避免重复创建）
避免资源冲突

⚠️ 缺点

违反单一职责原则（同时控制创建和业务逻辑）
单元测试困难（全局状态难以隔离）
可能隐藏类间耦合关系
需要特殊处理序列化/反射攻击
长期持有可能造成内存泄漏

🔒 防御措施

1. 防止反射攻击

java 复制代码

private Singleton() {
    if (instance != null) {
        throw new IllegalStateException("Already initialized");
    }
}

2. 防止序列化破坏

java 复制代码

// 添加readResolve方法
protected Object readResolve() {
    return getInstance();
}

3. 防止克隆破坏

java 复制代码

@Override
protected Object clone() throws CloneNotSupportedException {
    throw new CloneNotSupportedException();
}

🔄 实现对比

实现方式	线程安全	懒加载	防止反射	防止序列化	性能
饿汉式	✅	❌	❌	❌	⭐⭐⭐⭐
同步方法	✅	✅	❌	❌	⭐
双重检查锁	✅	✅	❌	❌	⭐⭐⭐
静态内部类	✅	✅	❌	❌	⭐⭐⭐⭐
枚举式	✅	❌	✅	✅	⭐⭐⭐⭐

💡 实践建议

优先选择枚举实现（Effective Java推荐）
需要懒加载时用静态内部类方式
避免使用synchronized方法（性能差）
谨慎使用单例模式（考虑依赖注入）
注意与Spring单例的区别：
- Spring单例是容器级的
- 设计模式单例是JVM级的

🚀 典型应用

Runtime类（JDK内置单例）
java 复制代码
```
Runtime runtime = Runtime.getRuntime();
```

日志框架（LogManager）

java 复制代码

Logger logger = LogManager.getLogManager().getLogger("");

Spring容器（ApplicationContext）

java 复制代码

ApplicationContext context = new ClassPathXmlApplicationContext("beans.xml");

📌 扩展知识

1. 如何实现线程安全的延迟加载？

使用Initialization-on-demand holder惯用法（静态内部类实现）

2. volatile关键字的作用？

保证可见性
禁止指令重排序
在DCL模式中防止返回未初始化完毕的对象

3. 为什么推荐枚举实现？

自动处理序列化
防止反射攻击
保证线程安全
代码简洁

掌握单例模式的关键在于理解实例控制 和线程安全的平衡，根据具体场景选择合适的实现方式。在分布式系统、类加载器不同的环境等特殊场景下需要特别注意单例的有效范围。