浅谈单例模式

什么是单例模式

单例模式（Singleton Pattern）是一种创建型设计模式，其核心目标是确保一个类在整个应用程序中只有一个实例，并提供一个全局访问点来获取该实例。简单概括，就是无论何时何地需要这个类的实例，都会返回同一个对象，而不是创建多个相同的实例。

单例模式的核心特点

        唯一性：一个类只能有一个实例存在。通常将构造函数设为private（私有），防止外部直接实例化多个对象。
        全局访问：提供一个静态方法作为全局访问点，方便其他代码随时获取该唯一实例。
        延迟加载：实例可以在第一次被请求时才创建的懒汉式，而不是在类加载时立即初始化的饿    汉式。

单例模式的核心结构
        私有构造函数：防止外部通过new创建实例。
        私有静态成员变量：保存类的唯一实例，如 private static Singleton instance。
        公有静态方法：提供获取实例的接口,如 public static Singleton getInstance()。

为什么使用单例模式

        节省资源：对于初始化成本高或占用资源大的对象，如 数据库连接、线程池，单例模式可以避免重复创建和销毁，减少内存和性能开销。
        统一管理：全局共享的状态或资源，如 配置管理器、日志记录器，需要唯一实例，确保数据一致性。
        控制实例数量：防止多个实例导致资源冲突或逻辑混乱，如 打印机服务、全局计数器。

单例模式的使用场景

        资源共享：如数据库连接池、线程池、缓存服务。
        全局配置：应用程序的配置管理器，如 读取配置文件。
        日志系统：确保日志记录器只有一个实例，避免多线程写入冲突。
        硬件抽象：如打印机、显卡驱动等物理设备的唯一访问点。

如何实现单例模式

饿汉式：类加载时就初始化实例，线程安全但可能浪费资源，因未使用时已创建。

代码示例：

public class Singleton {
    private static final Singleton instance = new Singleton();
    private Singleton() {}
    public static Singleton getInstance() {
        return instance;
    }
}

 懒汉式：第一次调用getInstance()时才创建实例，支持延迟加载；懒汉式属于线程安全。

 代码示例：

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

  双重检查锁：在懒汉式的基础上优化性能，避免每次调用都加锁。
  示例代码：

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

静态内部类：利用类加载机制保证线程安全，延迟加载且效率高。

示例代码：

public class Singleton {
    private Singleton() {}
    private static class Holder {
        private static final Singleton INSTANCE = new Singleton();
    }
    public static Singleton getInstance() {
        return Holder.INSTANCE;
    }
}

枚举：最简洁且线程安全的实现方式，能抵御发射和序列化攻击。

示例代码：

public enum Singleton {
    INSTANCE;
    public void doSomething() {
        // 方法逻辑
    }
}

总之，单例模式的优点很多；比如节省资源，避免重复创建实例；比如全局访问，通过静态方法统一访问，简化代码；比如控制实例，确保资源或状态的一致性；但是缺点也有；比如引入全局状态，可能导致代码耦合度高，难以测试和维护；比如违法单一职责，类需要同时负责业务逻辑和实例管理；比如潜在内存泄漏，长期持有实例可能影响垃圾回收；使用单例模式需考虑具体的应用场景，利用其优点，规避其缺点。