创建型模式-单例模式

1.定义

单例模式是一种创建型设计模式，它确保在jvm内存中，一个类的实例只有一个，并且对外提供一个可以访问它的静态方法。核心目的是做资源控制，如数据库连接池，全局配置类等，限制只有一个实例，避免资源浪费和导致资源冲突。

2.实现

饿汉式（最简单，最常用） ：类加载到 JVM 时就创建好实例。优点：绝对线程安全（类加载机制保证），没有锁，响应快。缺点：不管用不用，启动就占内存。
懒汉式（双检锁 DCL） ：需要时才创建。使用volatile + synchronized 双重检查。
静态内部类（最优雅） ：利用 JVM 类加载的懒加载机制。既能实现懒加载，又能保证线程安全，代码比 DCL 简洁。

3.应用场景

日志记录器：全系统使用同一个日志上下文实例，保证日志输出的格式、存储路径和异步刷盘策略统一。
配置管理：全局配置读取。
池化管理：数据库连接池，线程池。

4.优缺点

优点：

可以保证一个类只有一个实例。
获得了一个指向该实例的全局访问节点。

缺点：

违反了单一职责原则。该模式同时解决了两个问题。
单例模式可能掩盖不良设计，比如程序各组件之间相互了解过多等。
该模式在多线程环境下需要进行特殊处理，避免多个线程多次创建单例对象。

5.示例代码

饿汉式

java 复制代码

public class SingletonEager {

    // ★ 核心点1：类加载时即完成初始化，由JVM保证线程绝对安全
    // 无需 volatile，因为 JVM 在类加载的初始化阶段（<clinit>() 方法）会保证静态变量的赋值顺序
    // 不存在并发争抢，因此也不存在指令重排带来的可见性问题
    private static final SingletonEager instance = new SingletonEager();

    // 私有构造器，防止外部 new
    private SingletonEager() {
        // 防反射攻击（饿汉式同样适用）
        // 由于类加载时 instance 已经不为 null，反射调用构造器时会被拦截
        if (instance != null) {
            throw new RuntimeException("请勿通过反射破坏单例");
        }
    }

    public static SingletonEager getInstance() {
        // ★ 核心点2：直接返回，无需任何同步检查或判空逻辑
        // 调用时毫无性能开销，但若从未使用，资源依然被加载（类加载时即占用内存）
        return instance;
    }
}

懒汉式（双重检查锁）

java 复制代码

public class SingletonDCL {

    // ★ 核心点1：必须加 volatile，防止指令重排序
    // 防止 instance = new SingletonDCL() 时，赋值操作先于对象初始化完成，导致其他线程拿到半成品对象
    private static volatile SingletonDCL instance;

    // 私有构造器，防止外部 new
    private SingletonDCL() {
        // 防反射攻击（可选，但加分项）
        if (instance != null) {
            throw new RuntimeException("请勿通过反射破坏单例");
        }
    }

    public static SingletonDCL getInstance() {
        // 第一重检查：避免不必要的同步（性能优化）
        if (instance == null) {
            // ★ 核心点2：类锁，保证线程安全
            synchronized (SingletonDCL.class) {
                // 第二重检查：防止在等待锁的过程中，被其他线程抢先创建了实例
                if (instance == null) {
                    instance = new SingletonDCL();
                }
            }
        }
        return instance;
    }
}

静态内部类：

java 复制代码

public class SingletonHolder {

    // 私有构造器
    private SingletonHolder() {
        // 防反射攻击
        if (Holder.INSTANCE != null) {
            throw new RuntimeException("请勿通过反射破坏单例");
        }
    }

    // ★ 核心点：利用 JVM 类加载机制保证线程安全，且实现懒加载
    // 只有调用 getInstance() 时，Holder 类才会被加载，INSTANCE 才会初始化
    private static class Holder {
        private static final SingletonHolder INSTANCE = new SingletonHolder();
    }

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