设计模式-单例模式

Java 实现单例模式的方式主要有以下几种，每种方式都有其优缺点和适用场景。

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1. 饿汉式（Eager Initialization）

实现方式

public class Singleton {
    private static final Singleton INSTANCE = new Singleton();
    
    private Singleton() {} // 私有构造方法，防止外部实例化
    
    public static Singleton getInstance() {
        return INSTANCE;
    }
}

优缺点

✅ 优点：

• 实现简单，类加载时即创建实例，线程安全。
• 访问速度快，调用 getInstance() 方法不会有同步开销。

❌ 缺点：

• 可能造成资源浪费：即使实例可能长期未使用，仍然会在类加载时创建。

适用场景

• 对象创建成本低，且类会被频繁使用的场景（如工具类）。

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2. 懒汉式（Lazy Initialization，非线程安全）

实现方式

public class Singleton {
    private static Singleton instance;

    private Singleton() {}

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

优缺点

✅ 优点：

• 只有在第一次调用时才创建实例，节省资源。

❌ 缺点：

• 非线程安全：多个线程同时调用 getInstance() 可能导致多个实例被创建。

适用场景

• 单线程环境，或者不在多线程场景下使用。

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3. 线程安全的懒汉式（同步方法）

实现方式

public class Singleton {
    private static Singleton instance;

    private Singleton() {}

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

优缺点

✅ 优点：

• 线程安全，可确保只有一个实例被创建。

❌ 缺点：

• synchronized 关键字会影响性能，每次调用 getInstance() 都会加锁。

适用场景

• 需要保证线程安全，但实例创建不会频繁调用的场景。

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4. 双重检查锁（Double-Checked Locking，推荐）

实现方式

public class Singleton {
    private static volatile Singleton instance;

    private Singleton() {}

    public static Singleton getInstance() {
        if (instance == null) { // 第一次检查
            synchronized (Singleton.class) {
                if (instance == null) { // 第二次检查
                    instance = new Singleton();
                }
            }
        }
        return instance;
    }
}

优缺点

✅ 优点：

• 线程安全，只有在第一次调用时才会加锁，后续调用不会影响性能。
• 结合了懒加载和高效访问的优点。

❌ 缺点：

• 需要使用 volatile 防止指令重排序，Java 1.5 之前的版本不支持。

适用场景

• 多线程环境，且性能要求较高的场景。

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5. 静态内部类（推荐）

实现方式

public class Singleton {
    private Singleton() {}

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

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

优缺点

✅ 优点：

• 线程安全，利用 JVM 类加载机制保证只会初始化一次。
• 只有在调用 getInstance() 时才会创建实例，节省资源（懒加载）。
• 无锁，性能高。

❌ 缺点：

• 无法传递参数，如果需要参数化实例，则无法使用该方法。

适用场景

• 高并发环境，且希望使用懒加载的场景。

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6. 枚举单例（最推荐）

实现方式

public enum Singleton {
    INSTANCE;

    public void doSomething() {
        System.out.println("Do something...");
    }
}

优缺点

✅ 优点：

• 线程安全，由 JVM 保证。
• 防止反序列化破坏单例，因为枚举不会创建新的实例。
• 代码最简洁，推荐使用。

❌ 缺点：

• 无法懒加载，类加载时即创建实例。
• 不能继承其他类（但可以实现接口）。

适用场景

• 绝对保证单例性的场景，如 数据库连接管理、日志管理器等。

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7. 通过 ThreadLocal 实现（每个线程单例）

实现方式

public class ThreadLocalSingleton {
    private static final ThreadLocal<ThreadLocalSingleton> instance =
        ThreadLocal.withInitial(ThreadLocalSingleton::new);

    private ThreadLocalSingleton() {}

    public static ThreadLocalSingleton getInstance() {
        return instance.get();
    }
}

优缺点

✅ 优点：

• 线程隔离，每个线程都有自己独立的实例。
• 避免了全局同步，适用于多线程数据隔离场景。

❌ 缺点：

• 无法做到全局唯一单例，只在单个线程内保持单例。

适用场景

• 每个线程需要独立状态的场景，如用户会话、数据库连接。

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总结

方式	线程安全	是否懒加载	优点	缺点	适用场景
饿汉式	✅	❌	实现简单，访问快	可能造成资源浪费	适用于常用单例
懒汉式	❌	✅	按需加载，节省资源	线程不安全	仅限单线程
同步懒汉	✅	✅	线程安全	synchronized 影响性能	适用于低频率调用
双重检查锁	✅	✅	线程安全，性能优	代码较复杂	推荐，高并发环境
静态内部类	✅	✅	线程安全，懒加载	无法传参	推荐，JVM 保证
枚举单例	✅	❌	最安全，防反序列化	不能继承类	最推荐，绝对单例
ThreadLocal	✅	✅	线程隔离	不是全局单例	适用于每线程独立实例

如果要保证绝对的单例性，推荐 枚举单例（Enum）。
如果需要懒加载且高性能，推荐 静态内部类或 双重检查锁。