2.单例模式 - 技术栈

一、是什么

单例模式是一种创建型设计模式，保证一个类在整个应用生命周期中只有一个实例，并提供对该实例的全局访问点。

二、作用是什么

控制实例数量：限制系统中某个类只能有一个对象。
统一资源入口：提供全局统一的调用点，避免对象分散创建。
节省资源：避免重复构造昂贵对象（如数据库连接器）。
生命周期管理：由类自身控制对象的创建、初始化和销毁。

三、能够解决什么问题

重复创建导致的资源浪费

例如频繁创建连接池、线程池等重量级对象。
多个对象导致状态不一致

如多个日志管理器对象会造成日志写入位置混乱。
全局共享资源的访问冲突

如缓存对象在多个模块间需要统一访问。
需要一个中心调度器

如配置中心、任务调度器、消息中心等。

四、适用的场景

单例适用于保证"系统中某个类只有一个实例"的场景：

日志系统（LogManager）
配置管理器（ConfigManager）
线程池（ThreadPool）
数据库连接池（DataSource / ConnectionPool）
缓存组件（CacheManager）
全局注册表（Registry）
任务调度器（Scheduler）
控制中心（ControllerCenter）

五、特点

特点	说明
✅ 只有一个实例	全局唯一，由内部控制实例化
✅ 自行创建实例	禁止外部 new，只能通过 getInstance 获取
✅ 延迟加载可配置	饿汉（类加载时）或懒汉（第一次调用时）
✅ 可支持线程安全	使用 synchronized、双检锁、静态内部类
✅ 全局访问点	任何地方可以 getInstance()
⚠️ 破坏性风险	反射、序列化可能创建多个实例（可防御）
⚠️ 隐式全局状态	滥用会降低可测试性与可维护性

六、编码实现

✅ 方案 1：懒汉式（线程不安全，不推荐）

java 复制代码

public class Singleton {
    private static Singleton instance;

    private Singleton() {}

    public static Singleton getInstance() {
        if (instance == null) {
            instance = new Singleton();
        }
        return instance;
    }
}

✅ 方案 2：懒汉式 + 双重检查锁（DCL，推荐）

java 复制代码

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;
    }
}

特点：高性能 + 线程安全。

✅ 方案 3：静态内部类（最推荐，优雅）

java 复制代码

public class Singleton {
    private Singleton() {}

    private static class Holder {
        private static final Singleton INSTANCE = new Singleton();
    }

    public static Singleton getInstance() {
        return Holder.INSTANCE;
    }
}

优势：

JVM 按需加载 Holder

线程安全

实现简单

✅ 方案 4：枚举单例（最安全）

java 复制代码

public enum Singleton {
    INSTANCE;
}

优点：天然防止反射和序列化破坏。

七、分析框架源码

Spring Bean 默认单例（Singleton Scope）

Spring 容器在启动时会创建单例 Bean，并存入：

java 复制代码

DefaultSingletonBeanRegistry#singletonObjects

流程：

BeanDefinition 解析

实例化单例 Bean

放入 singletonObjects 缓存

每次 getBean 都直接返回缓存对象

核心代码（简化）：

java 复制代码

public Object getSingleton(String beanName) {
    return this.singletonObjects.get(beanName);
}

ThreadPoolExecutor、LoggerFactory 等框架中也采用类似结构。