设计模式学习1：单例模式

一、什么是单例模式

单例模式（Singleton Pattern）是一种常用的软件设计模式，其核心思想是确保一个类只有一个实例，并提供一个全局访问点来获取这个实例。单例模式在许多场景中都非常有用，例如配置管理器、日志记录器、线程池等，这些对象通常只需要一个实例，且需要在多个地方被访问。

二、单例模式的实现方式

单例模式有多种实现方式，常见的有饿汉式、懒汉式（双重校验锁）、静态内部类和基于enum的单例模式。下面分别介绍这些实现方式及其特点。

（一）饿汉式单例模式

饿汉式单例模式是最简单的一种实现方式，它在类加载时就创建单例实例。

实现代码

public class Singleton {
    // 在类加载时创建单例实例
    private static final Singleton INSTANCE = new Singleton();

    // 私有构造方法，防止外部直接实例化
    private Singleton() {}

    // 提供全局访问点
    public static Singleton getInstance() {
        return INSTANCE;
    }
}

特点

• 优点：实现简单，线程安全。

• 缺点：无法实现延迟加载，实例在类加载时就会被创建，即使从未使用过。

（二）懒汉式单例模式（双重校验锁）

懒汉式单例模式实现了延迟加载，即在第一次使用时才创建实例。为了保证线程安全，通常使用双重校验锁（Double-Checked Locking）。

实现代码

public class Singleton {
    // 使用volatile关键字确保线程安全
    private static volatile Singleton INSTANCE = null;

    // 私有构造方法
    private Singleton() {}

    // 提供全局访问点
    public static Singleton getInstance() {
        if (INSTANCE == null) { // 第一次检查
            synchronized (Singleton.class) { // 同步代码块
                if (INSTANCE == null) { // 第二次检查
                    INSTANCE = new Singleton();
                }
            }
        }
        return INSTANCE;
    }
}

特点

• 优点：实现了延迟加载，线程安全。

• 缺点：代码复杂，需要正确使用volatile关键字，否则可能会出现线程安全问题。

（三）静态内部类单例模式

静态内部类单例模式利用了Java类加载机制的线程安全特性，是一种优雅的实现方式。

实现代码

public class Singleton {
    // 私有构造方法
    private Singleton() {}

    // 定义静态内部类
    private static class SingletonHolder {
        // 在静态内部类中创建单例实例
        private static final Singleton INSTANCE = new Singleton();
    }

    // 提供全局访问点
    public static Singleton getInstance() {
        return SingletonHolder.INSTANCE;
    }
}

特点

• 优点：实现了延迟加载，线程安全，代码简洁。

• 缺点：依赖于JVM的类加载机制，理解起来可能稍显复杂。

（四）基于enum的单例模式

基于enum的单例模式是Java中一种非常简单且线程安全的单例实现方式。

实现代码

public enum Singleton {
    INSTANCE;

    // 可以添加其他方法
    public void doSomething() {
        System.out.println("Doing something...");
    }
}

特点

• 优点：线程安全，实现简单，天然支持序列化。

• 缺点：无法实现延迟加载，实例在类加载时就会被创建。

三、单例模式的适用场景

单例模式适用于以下场景：

1. 需要全局访问点：例如配置管理器、日志记录器等。

2. 资源有限：例如线程池、数据库连接池等。

3. 避免重复初始化：确保某个资源只被初始化一次。

四、单例模式的优缺点

（一）优点

• 全局唯一性：确保一个类只有一个实例。

• 全局访问：提供一个全局访问点，方便在多个地方使用。

• 资源高效利用：避免重复创建实例，节省资源。

（二）缺点

• 单例依赖：如果单例类中存在错误，可能会影响整个系统的运行。

• 延迟加载问题：某些实现方式（如懒汉式）需要额外的线程安全机制。

• 序列化问题：需要额外处理序列化问题，否则可能会破坏单例。

五、总结

单例模式是一种非常实用的设计模式，适用于需要全局访问且资源有限的场景。不同的实现方式各有优缺点，开发者可以根据具体需求选择合适的实现方式。例如：

• 如果需要延迟加载且线程安全，可以选择静态内部类单例模式。

• 如果对延迟加载没有要求，且希望实现简单，可以选择基于enum的单例模式。

• 如果对延迟加载没有要求且希望在类加载时就初始化，可以选择饿汉式单例模式。

无论选择哪种实现方式，都需要确保单例的线程安全性和全局唯一性，这是单例模式的核心要求。