设计模式-单例模式 Java

模式概述

单例模式（Singleton Pattern）是设计模式中最基础但应用最广泛的创建型模式之一，确保一个类仅有一个实例，并提供一个全局访问点。这种模式在需要全局唯一对象的场景中至关重要，如配置管理、线程池、数据库连接池等。

简单代码示例（五种经典实现方式对比）

1. 饿汉式（线程安全）
   特点：线程安全但可能造成资源浪费

public class EagerSingleton {
    // 类加载时立即初始化（占用内存）
    private static final EagerSingleton instance = new EagerSingleton();
    
    private EagerSingleton() {}  // 私有构造
    
    public static EagerSingleton getInstance() {
        return instance;
    }
}

2. 懒汉式（线程不安全）

public class LazySingleton {
    private static LazySingleton instance;
    
    private LazySingleton() {}
    
    public static LazySingleton getInstance() {
        if (instance == null) {
            instance = new LazySingleton();  // 多线程下可能创建多个实例
        }
        return instance;
    }
}

3. 同步方法懒汉式（线程安全）

public class SynchronizedSingleton {
    private static SynchronizedSingleton instance;
    
    private SynchronizedSingleton() {}
    
    // 方法同步降低性能
    public static synchronized SynchronizedSingleton getInstance() {
        if (instance == null) {
            instance = new SynchronizedSingleton();
        }
        return instance;
    }
}

4. 双重检查锁定（DCL）
   关键点：volatile防止指令重排序，避免返回未初始化完成的对象

public class DoubleCheckedSingleton {
    // volatile保证可见性和有序性
    private volatile static DoubleCheckedSingleton instance;
    
    private DoubleCheckedSingleton() {}
    
    public static DoubleCheckedSingleton getInstance() {
        if (instance == null) {  // 第一次检查
            synchronized (DoubleCheckedSingleton.class) {
                if (instance == null) {  // 第二次检查
                    instance = new DoubleCheckedSingleton();
                }
            }
        }
        return instance;
    }
}

5. 静态内部类

public class StaticNestedSingleton {
    private StaticNestedSingleton() {}
    
    // 静态内部类在首次使用时加载
    private static class SingletonHolder {
        private static final StaticNestedSingleton INSTANCE = new StaticNestedSingleton();
    }
    
    public static StaticNestedSingleton getInstance() {
        return SingletonHolder.INSTANCE;  // 由JVM保证线程安全
    }
}

6. 枚举实现（防序列化破坏）
   《Effective Java》推荐方案：无偿提供序列化机制，防止反射攻击

public enum EnumSingleton {
    INSTANCE;  // 枚举常量本身就是单例
    
    public void doSomething() {
        System.out.println("Singleton working");
    }
}
// 使用方式：EnumSingleton.INSTANCE.doSomething();

技术细节

1.模式组成

组件	职责说明
Singleton	单例

2.优缺点

优点

• 资源高效利用，减少内存开销：避免重复创建相同对象
• 全局访问点，统一入口管理共享资源
• 性能优化，减少对象创建开销（尤其重量级对象）

缺点

• 违反单一职责原则
• 测试困难，难以模拟依赖
• 扩展性差，难以通过继承扩展功能

模式应用

Springboot中默认实例化的对象是单例，如果想声明成多例对象可以使用@Scope(“prototype”)