Java 设计模式西游篇 - 第一回：单例模式显神通 悟空巧解资源劫

话说代码江湖，风起云涌。唐僧师徒四人取经路上，遭遇种种代码劫难，幸得设计模式相助，方能化险为夷...

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诗曰：

代码江湖多风波，资源泄露如妖魔。
若问如何降此患，单例模式显神通。

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📖 故事

话说唐僧师徒行至"数据库连接山"，只见漫山遍野皆是断裂的连接，哀鸿遍野。

唐僧愁道："悟空，这数据库连接为何如此之多？为师眼看内存就要爆满了。"

悟空火眼金睛一扫，笑道："师父莫慌！此乃'资源泄露妖'作祟。徒儿这就施展单例模式，叫它现出原形！"

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🐉 踩坑打怪：资源泄露妖的三重劫难

第一劫：千手观音劫

师徒四人刚入山，便见一妖怪，名曰"千手观音"。此妖神通广大，每秒钟能生出千百个数据库连接！

// 妖怪作法：每次调用都 new 一个新连接
public class DatabaseConnection {
    private static DatabaseConnection instance;
    
    public static DatabaseConnection getInstance() {
        instance = new DatabaseConnection(); // 每次都新建！
        return instance;
    }
}

沙僧惊呼："大师兄！这妖怪每调用一次 getInstance，就生出一个新连接！咱们才走了十步，已经生出一万个连接了！"

唐僧脸色煞白："一万...一万个连接？那内存..."

话音未落，只见服务器"轰"的一声，内存溢出，白龙马当场晕倒！

悟空分析：

"这妖怪的破绽在于------它根本没有保存实例！每次调用都 new 一个新的，难怪内存爆炸！"

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第二劫：多线程围剿

悟空一棒子打下，千手观音倒地。谁知又冒出一妖，名曰"多线程魔王"！

此妖更加狡猾，知道单例要保存实例，便使出"并发攻击"！

// 懒汉式 - 看似没问题，实则暗藏杀机
public class DatabaseConnection {
    private static DatabaseConnection instance;
    
    private DatabaseConnection() {}
    
    public static DatabaseConnection getInstance() {
        if (instance == null) {  // 线程 A 检查到这里
            // 线程 B 也检查到这里！
            instance = new DatabaseConnection(); // 两个线程都执行了！
        }
        return instance;
    }
}

八戒看得迷糊："猴哥，这不挺好吗？按需创建，节省资源！"

悟空喝道："呆子！你且看仔细了！"

只见战场上，两个线程同时调用 getInstance()：

1. 线程 A 检查 instance == null → 是！
2. 线程 B 也检查 instance == null → 也是！
3. 线程 A 创建实例
4. 线程 B 也创建实例！
5. 两个实例！ 单例破功！

八戒恍然大悟： "原来如此！两个线程同时进来，都以为自己是第一个，结果生了俩！"

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第三劫：序列化与反射的双重偷袭

好不容易降服多线程魔王，又来了两位刺客------"序列化大盗"和"反射杀手"！

序列化大盗的偷袭：

// 即使你做了线程安全，序列化也能破坏单例！
DatabaseConnection original = DatabaseConnection.getInstance();

// 序列化到文件
ObjectOutputStream oos = new ObjectOutputStream(new FileOutputStream("obj.ser"));
oos.writeObject(original);

// 反序列化回来
ObjectInputStream ois = new ObjectInputStream(new FileInputStream("obj.ser"));
DatabaseConnection deserialized = (DatabaseConnection) ois.readObject();

// 完蛋！这是另一个实例！
System.out.println(original == deserialized); // false ❌

反射杀手的绝杀：

// 反射可以强行调用私有构造函数！
Constructor<DatabaseConnection> constructor = DatabaseConnection.class.getDeclaredConstructor();
constructor.setAccessible(true); // 无视私有！
DatabaseConnection hacked = constructor.newInstance(); // 又生了一个！

悟空怒道："好狠的招式！竟敢破俺老孙的单例大法！"

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⚔️ 单例大法（正确姿势）

第一式：饿汉式（天生就一个）

public class DatabaseConnection {
    private static final DatabaseConnection INSTANCE = new DatabaseConnection();
    
    private DatabaseConnection() {
        // 私有构造，不让外面随便 new
        // 防反射：第二次调用直接抛异常
        if (INSTANCE != null) {
            throw new RuntimeException("单例类不能创建多个实例！");
        }
    }
    
    public static DatabaseConnection getInstance() {
        return INSTANCE; // 永远只有一个
    }
    
    // 防序列化破坏
    private Object readResolve() {
        return INSTANCE; // 反序列化时返回原实例
    }
}

优点： 线程安全，简单粗暴
缺点： 类加载就创建，可能浪费资源

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第二式：懒汉式（双重检查锁）

public class DatabaseConnection {
    private static volatile DatabaseConnection instance;
    
    private DatabaseConnection() {
        if (instance != null) {
            throw new RuntimeException("单例类不能创建多个实例！");
        }
    }
    
    public static DatabaseConnection getInstance() {
        if (instance == null) {  // 第一次检查（避免不必要的同步）
            synchronized (DatabaseConnection.class) {
                if (instance == null) {  // 第二次检查（确保线程安全）
                    instance = new DatabaseConnection();
                }
            }
        }
        return instance;
    }
    
    private Object readResolve() {
        return instance;
    }
}

悟空点评： "注意那个 volatile！没有它，指令重排会让其他线程拿到半成品的实例！"

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第三式：静态内部类（推荐）

public class DatabaseConnection {
    private DatabaseConnection() {
        // 防反射
    }
    
    private static class Holder {
        private static final DatabaseConnection INSTANCE = new DatabaseConnection();
    }
    
    public static DatabaseConnection getInstance() {
        return Holder.INSTANCE; // 懒加载 + 线程安全
    }
    
    private Object readResolve() {
        return Holder.INSTANCE;
    }
}

八戒问： "猴哥，这为啥又懒加载又线程安全？"

悟空答： "JVM 保证！类加载是线程安全的，Holder 类只在第一次调用 getInstance 时才加载！"

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第四式：枚举式（最简洁，终极形态）

public enum DatabaseConnection {
    INSTANCE;
    
    public void connect() {
        // 连接逻辑
    }
    
    public void query(String sql) {
        // 查询逻辑
    }
}

悟空盛赞： "此乃单例的终极形态！天然防反射、防序列化，代码还最简洁！"

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🏆 战斗总结

妖怪	攻击方式	破解招式
千手观音	每次 new 新实例	保存唯一实例
多线程魔王	并发创建	双重检查锁/静态内部类
序列化大盗	反序列化破坏	readResolve 方法
反射杀手	强行调用构造	构造内检查/枚举

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本章要点

要点	说明
核心思想	一个类只有一个实例
适用场景	资源管理、配置中心、缓存、线程池等
实现方式	饿汉、懒汉、静态内部类、枚举
注意事项	线程安全、序列化破坏、反射攻击

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八戒的教训

八戒嘟囔道："猴哥，那我为啥不能 new 一个？"

悟空一棒子敲过去："呆子！你要是能随便 new，那还叫单例吗？全世界都是数据库连接，内存不爆才怪！"

八戒捂着头："知道了知道了...单例类，私有构造，全局唯一！"

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📚 系列文章

• 第一回：单例模式显神通 悟空巧解资源劫（本文）
• 第二回：工厂模式开宝店 八戒误入创建坑
• 第三回：策略模式换法宝 三打白骨精变招
• 第四回：观察者模式传音讯 千里眼顺风耳现世
• 第五回：装饰者模式添法力 悟空披挂新战袍
• 第六回：代理模式设关卡 真假美猴王难辨
• 第七回：责任链模式过难关 通关文牒层层批
• 第八回：适配器模式通万国 女儿国语言无障碍
• 第九回：外观模式简化繁 如来神掌一指定
• 第十回：模板方法定规矩 天条戒律不可违