单例模式详解

一、概念与定义

单例模式(Singleton Pattern)是一种创建型设计模式，它确保一个类只有一个实例，并提供一个全局访问点来访问该实例。这种模式适用于需要控制资源访问、限制实例数量的场景。

核心特性

唯一实例：在应用程序整个生命周期中，单例类只能有一个实例存在。
全局访问：通过静态方法或属性提供全局访问点。
延迟初始化：实例通常在第一次被请求时才创建。

单例模式分两种，懒汉式单例 和饿汉式单例 ，又分别有传统实现 和优化实现两种方式

二、懒汉式

懒汉式单例是一种延迟初始化的单例实现方式，只有在第一次需要使用单例对象时才进行实例化。相比饿汉式单例，懒汉式能够避免程序启动时就加载对象，从而节省系统资源。但线程不安全，适合单线程环境。通常需要加锁解决并发冲突，是用时间换空间的方案

1、传统实现代码

java 复制代码

public class LazySingleton {
    private static LazySingleton instance;
    
    private LazySingleton() {}  // 私有构造函数
    
    public static LazySingleton getInstance() {
        if (instance == null) {  // 第一次检查
            instance = new LazySingleton();  // 延迟初始化
        }
        return instance;
    }
}

2、优化代码实现

使用volatile关键字防止指令重排序；双重检查锁定(DCL)减少同步开销；只在第一次创建时同步，之后直接返回实例。

java 复制代码

public class ThreadSafeLazySingleton {
    private static volatile ThreadSafeLazySingleton instance;
    
    private ThreadSafeLazySingleton() {}
    
    public static ThreadSafeLazySingleton getInstance() {
        if (instance == null) {  // 第一次检查
            synchronized (ThreadSafeLazySingleton.class) {  // 加锁
                if (instance == null) {  // 第二次检查（双重检查锁定）
                    instance = new ThreadSafeLazySingleton();
                }
            }
        }
        return instance;
    }
}

三、饿汉式

饿汉式是单例模式中最简单的一种实现方式，它在类加载时就完成了实例化，避免了线程同步的问题。其特点是类一旦加载就创建单例对象，确保在任何线程访问之前就已经初始化完成。

1、传统实现代码

java 复制代码

public class Singleton {
    // 1. 静态私有成员变量，类加载时即初始化
    private static Singleton instance = new Singleton();
    
    // 2. 私有构造函数，防止外部实例化
    private Singleton() {}
    
    // 3. 静态公有方法，获取唯一实例
    public static Singleton getInstance() {
        return instance;
    }
}

2、优化实现代码

针对传统饿汉式可能存在的资源浪费问题，可以通过静态内部类的方式实现延迟加载，同时保持线程安全。

java 复制代码

public class Singleton {
    // 1. 私有构造函数
    private Singleton() {}
    
    // 2. 静态内部类
    private static class SingletonHolder {
        private static final Singleton INSTANCE = new Singleton();
    }
    
    // 3. 获取实例方法
    public static Singleton getInstance() {
        return SingletonHolder.INSTANCE;
    }
}