文章目录
- [单例模式（Singleton Pattern）](#单例模式（Singleton Pattern）)
- 核心原理
- [Java 实践示例](#Java 实践示例)
- 单例模式的关键问题
- 单例模式的应用场景
单例模式（Singleton Pattern）
单例模式是 23 种设计模式中的一种创建型模式，其核心思想是确保一个类在整个应用中只有一个实例，并提供一个全局访问点。这种模式常用于管理共享资源（如配置信息、线程池、日志对象等），避免资源竞争或重复创建带来的性能问题。
核心原理
- 私有构造函数：
阻止外部通过new关键字创建实例，确保只能通过类自身提供的方法获取实例 - 静态私有实例：
在类内部维护唯一的实例对象，通常为静态变量 - 公共静态访问方法：
提供全局访问点，确保返回的是同一个实例
负责实例的创建（延迟初始化或饿汉式初始化）
单例模式的核心是 "唯一性" 与 "全局访问"，通过控制实例创建过程，保证在任何情况下都只有一个实例存在。
Java 实践示例
下面实现几种常见的单例模式变体，各有其适用场景：
java
package com.example.demo;
public class SingletonPattern {
public static void main(String[] args) {
// 测试枚举单例
EnumSingleton.INSTANCE.doSomething();
// 测试静态内部类单例
StaticInnerClassSingleton instance1 = StaticInnerClassSingleton.getInstance();
StaticInnerClassSingleton instance2 = StaticInnerClassSingleton.getInstance();
System.out.println("静态内部类单例是否相同：" + (instance1 == instance2));
}
// 1. 饿汉式单例（线程安全，类加载时初始化）
public static class EagerSingleton {
// 类加载时就初始化实例
private static final EagerSingleton INSTANCE = new EagerSingleton();
// 私有构造函数，防止外部实例化
private EagerSingleton() {}
// 公共访问方法
public static EagerSingleton getInstance() {
return INSTANCE;
}
}
// 2. 懒汉式单例（基础版，线程不安全）
public static class LazySingleton {
private static LazySingleton instance;
private LazySingleton() {}
// 非线程安全，多线程环境下可能创建多个实例
public static LazySingleton getInstance() {
if (instance == null) {
instance = new LazySingleton();
}
return instance;
}
}
// 3. 线程安全的懒汉式（同步方法，性能较低）
public static class ThreadSafeLazySingleton {
private static ThreadSafeLazySingleton instance;
private ThreadSafeLazySingleton() {}
// 同步方法保证线程安全，但每次调用都加锁，性能差
public static synchronized ThreadSafeLazySingleton getInstance() {
if (instance == null) {
instance = new ThreadSafeLazySingleton();
}
return instance;
}
}
// 4. 双重检查锁定（DCL，线程安全且高性能）
public static class DoubleCheckedLockingSingleton {
// volatile关键字防止指令重排序
private static volatile DoubleCheckedLockingSingleton instance;
private DoubleCheckedLockingSingleton() {}
// 双重检查：减少同步开销，只在实例未创建时加锁
public static DoubleCheckedLockingSingleton getInstance() {
if (instance == null) { // 第一次检查，无锁
synchronized (DoubleCheckedLockingSingleton.class) {
if (instance == null) { // 第二次检查，有锁
instance = new DoubleCheckedLockingSingleton();
}
}
}
return instance;
}
}
// 5. 静态内部类单例（推荐，线程安全且延迟初始化）
public static class StaticInnerClassSingleton {
// 私有构造函数
private StaticInnerClassSingleton() {}
// 静态内部类，只有在调用getInstance()时才会加载
private static class SingletonHolder {
private static final StaticInnerClassSingleton INSTANCE = new StaticInnerClassSingleton();
}
// 全局访问点
public static StaticInnerClassSingleton getInstance() {
return SingletonHolder.INSTANCE;
}
}
// 6. 枚举单例（最佳实践，防止反射和序列化破坏单例）
public enum EnumSingleton {
INSTANCE; // 枚举实例天生单例
// 可以添加其他方法
public void doSomething() {
System.out.println("枚举单例执行操作");
}
}
}单例模式的关键问题
- 线程安全：
多线程环境下需保证实例唯一，最简单的方式是使用枚举或静态内部类
DCL 模式需配合volatile关键字防止指令重排序导致的问题 - 防止反射破坏：
私有构造函数可被反射调用（通过setAccessible(true)）
枚举单例天然防止反射破坏，其他实现需在构造函数中添加防重入逻辑 - 防止序列化破坏：
实现Serializable接口的单例，反序列化时可能创建新实例
解决方案：重写readResolve()方法返回原有实例 - 单例与依赖注入：
单例模式可能与依赖注入框架冲突，需谨慎使用
可通过容器管理单例（如 Spring 的@Singleton）
单例模式的应用场景
工具类：如日志工具类Logger，全局只需要一个实例
配置管理：应用配置类Config，集中管理配置信息
线程池：ThreadPool全局唯一，避免资源浪费
数据库连接池：ConnectionPool共享连接资源
缓存：应用级缓存实例CacheManager
GUI 组件：如应用程序的主窗口MainFrame
单例模式是最简单的设计模式之一，但实现时需注意线程安全、反射攻击等问题。在实际开发中，枚举单例和静态内部类单例是推荐的实现方式，既能保证线程安全，又具有良好的性能。