第 1 天：单例模式（Singleton Pattern）—— 创建型模式

第 1 天：单例模式（Singleton Pattern）------ 创建型模式

1. 核心定义

单例模式确保一个类仅有一个实例 ，并提供一个全局访问点来获取该实例。它的核心是 "控制实例数量"，避免重复创建消耗资源的对象（如数据库连接池、配置管理器）。

2. 解决的核心问题

避免多个实例导致的资源浪费（如频繁创建数据库连接）；
防止多个实例引发的数据不一致（如配置文件读取实例，多实例可能导致配置冲突）；
提供统一的全局访问入口，简化对象调用。

3. 关键设计要点

私有构造函数 ：禁止外部通过 new 关键字创建实例；
私有静态成员变量：存储类的唯一实例；
公有静态方法：作为全局访问点，返回唯一实例（需处理线程安全问题）。

4. 常见实现方式（Java 示例）

方式 1：饿汉式（线程安全，简单但可能浪费资源）

"饿汉式" 在类加载时就创建实例，避免线程安全问题，但如果实例未被使用，会提前占用内存。

csharp 复制代码

public class HungrySingleton {
    // 1. 私有静态成员变量：类加载时创建唯一实例
    private static final HungrySingleton INSTANCE = new HungrySingleton();
    
    // 2. 私有构造函数：禁止外部new
    private HungrySingleton() {}
    
    // 3. 公有静态方法：返回实例
    public static HungrySingleton getInstance() {
        return INSTANCE;
    }
}

方式 2：懒汉式（线程不安全→线程安全优化）

"懒汉式" 在首次调用 getInstance() 时才创建实例，节省内存，但需额外处理线程安全（否则多线程下可能创建多个实例）。

线程安全优化版（双重检查锁定） ：

csharp 复制代码

public class LazySingleton {
    // 1. 私有静态成员变量：volatile防止指令重排序（关键！）
    private static volatile LazySingleton INSTANCE;
    
    // 2. 私有构造函数
    private LazySingleton() {}
    
    // 3. 公有静态方法：双重检查锁定
    public static LazySingleton getInstance() {
        // 第一次检查：避免已创建实例时的锁竞争
        if (INSTANCE == null) {
            synchronized (LazySingleton.class) {
                // 第二次检查：防止多线程同时进入第一个检查后重复创建
                if (INSTANCE == null) {
                    INSTANCE = new LazySingleton();
                }
            }
        }
        return INSTANCE;
    }
}

方式 3：静态内部类（推荐，线程安全且延迟加载）

利用 Java "静态内部类加载时机" 的特性：内部类在被调用时才加载，既实现延迟加载，又天然避免线程安全问题（类加载过程由 JVM 保证线程安全）。

csharp 复制代码

public class StaticInnerClassSingleton {
    // 1. 私有构造函数
    private StaticInnerClassSingleton() {}
    
    // 2. 静态内部类：存储唯一实例
    private static class SingletonHolder {
        private static final StaticInnerClassSingleton INSTANCE = new StaticInnerClassSingleton();
    }
    
    // 3. 公有静态方法：调用内部类的实例
    public static StaticInnerClassSingleton getInstance() {
        return SingletonHolder.INSTANCE;
    }
}

5. 应用场景

系统中只能有一个实例的对象，如：
- 数据库连接池（DataSource）；
- 配置文件管理器（读取全局配置）；
- 日志工具类（避免多实例写入日志时的冲突）；
- 操作系统的任务管理器、回收站。

6. 注意事项

线程安全：懒汉式必须处理线程安全，否则多线程环境下会破坏 "单例" 特性；
序列化问题 ：若单例类实现 Serializable，需重写 readResolve() 方法，否则反序列化会创建新实例；
反射攻击：私有构造函数可通过反射被调用，需在构造函数中添加判断（若实例已存在则抛异常）。