单例模式（Singleton Pattern）
单例模式（Singleton Pattern）
单例模式是一种创建型设计模式，保证一个类仅有一个实例，并提供一个访问它的全局访问点；单例模式通常用于控制资源的共享访问，例如数据库连接、线程池、日志对象等。
代码示例
1. 懒汉式单例（Lazy Initialization）
懒汉式单例在第一次调用时创建实例，适合资源敏感的场景。
/**
* 懒汉式单例：线程不安全
*
* @author Viices Cai
* @time 2020/7/5
*/
public class LazySingleton {
// 私有静态变量，用于保存唯一实例
private static LazySingleton instance;
// 私有构造方法，防止外部直接创建实例
private LazySingleton() { }
// 公共静态方法，提供全局访问点
public static LazySingleton getInstance() {
if (instance == null) {
// 第一次调用时创建实例
instance = new LazySingleton();
}
return instance;
}
}
- 特点：延迟初始化，适合资源敏感的场景，但需要处理线程安全问题。
2.饿汉式单例（Eager Initialization）
饿汉式单例在类加载时创建实例，适合资源不敏感的场景。
/**
* 饿汉式单例
*
* @author Viices Cai
* @time 2020/7/5
*/
public class EagerSingleton {
// 私有静态变量，类加载时创建实例
private static final EagerSingleton instance = new EagerSingleton();
// 私有构造方法，防止外部直接创建实例
private EagerSingleton(){ }
// 公共静态方法，提供全局访问点
public static EagerSingleton getInstance() {
return instance;
}
}
- 类加载时初始化，适合资源不敏感的场景，线程安全。
3.静态块式单例（Static-Block Singleton）
饿汉式单例的另一种实现方式。
/**
* 静态块式单例：同饿汉式
*
* @author Viices Cai
* @time 2022/1/13
*/
public class StaticBlockSingleton {
// 私有静态变量，用于保存唯一实例
private static StaticBlockSingleton instance;
// 私有构造方法，防止外部直接创建实例
private StaticBlockSingleton() { }
static { // 静态块，创建实例
try {
instance = new StaticBlockSingleton();
} catch (Exception e) {
throw new RuntimeException("Exception occured in creating singleton instance.");
}
}
// 公共静态方法，提供全局访问点
public static StaticBlockSingleton getInstance() {
return instance;
}
}
4. 同步锁式单例（Synchronized-Locked Singleton）
在懒汉式的基础上解决了其线程不安全的问题，但是加锁也带来了额外的开销。
/**
* 同步锁模式
*
* @author Viices Cai
* @time 2020/7/5
*/
public class LockSingleton {
// 私有静态变量，用于保存唯一实例
private static LockSingleton instance;
// 私有构造方法，防止外部直接创建实例
private LockSingleton() {}
// 在原有的访问方法基础上加锁，避免线程抢占
public synchronized static LockSingleton getInstance() {
if (instance == null) {
instance = new LockSingleton();
}
return instance;
}
}
5.双重锁定式单例（Double-Checked Locking Singleton）
双重检查模式，在同步锁的实现基础上进行了改进。两次判断：第一次是为了避免重复创建实例；第二次是为了进行同步，避免多线程问题，使得其线程安全，且在多线程下能保持高性能。
/**
* 双重锁定式单例
*
* @author Viices Cai
* @time 2020/7/5
*/
public class DoubleCheckLockingSingleton {
// 使用 volatile 关键字确保多线程环境下的可见性
private volatile static DoubleCheckLockingSingleton instance;
// 私有构造方法，防止外部直接创建实例
private DoubleCheckLockingSingleton() { }
// 公共静态方法，提供全局访问点
public static DoubleCheckLockingSingleton getInstance() {
if (instance == null) {
synchronized (DoubleCheckLockingSingleton.class) { // 加锁
if (instance == null) { // 双重检查
instance = new DoubleCheckLockingSingleton();
}
}
}
return instance;
}
}
- 创建过程解析：
- 分配内存。
- .初始化对象：调用构造器。
- 指向刚分配的地址。
- 若发生了指令重排序：即由于
CPU调度问题执行顺序可能无法按照我们理想的情况进行，如：线程A执行了1、3此时未执行2，但是线程B进入了发现存在内存地址，但实际上对象并不存在。 - 必须使用
volatile避免重排序。- 禁止进行指令重排序。
- 若发生了指令重排序：即由于
6.枚举单例（Enum Singleton）
推荐使用，天然支持线程安全和防止反射攻击。
/**
* 枚举式单例
*
* @author Viices Cai
* @time 2020/7/5
*/
public enum EnumSingleton {
INSTANCE; // 单例实例
// 示例方法
public void showMessage() {
System.out.println("Hello, World!");
}
}
应用场景
-
资源共享
当需要全局共享一个资源（如数据库连接、线程池、配置文件等）时，可以使用单例模式。
-
控制实例数量
当需要严格控制一个类的实例数量（只能有一个实例）时，可以使用单例模式。
-
延迟初始化
当需要在第一次使用时才创建实例时，可以使用懒汉式单例。
在 Java 中的应用
- Runtime 类：Java 的
Runtime类是一个典型的单例，用于管理应用程序的运行环境。 - Spring 框架：Spring 中的 Bean 默认是单例的，通过容器管理单例对象的生命周期。
优缺点
-
优点：
-
全局唯一实例
确保一个类只有一个实例，避免资源冲突。
-
延迟初始化
懒汉式单例可以在第一次使用时才创建实例，节省资源。
-
全局访问点
通过静态方法提供全局访问点，方便调用。
-
-
缺点：
-
难以扩展
单例模式通常难以扩展，因为它的构造方法是私有的。
-
隐藏依赖
单例模式可能会掩盖不良设计， 比如程序各组件之间耦合过多。
-
线程安全问题
懒汉式单例在多线程环境下需要额外处理线程安全问题。
-
总结
单例模式是一种简单但强大的设计模式，适用于需要全局唯一实例的场景。它通过私有化构造方法和提供全局访问点，确保一个类只有一个实例。单例模式在资源共享、延迟初始化和控制实例数量等场景中非常有用。然而，单例模式也存在扩展性差、隐藏依赖和线程安全问题等缺点，需要根据具体场景谨慎使用。在Java中，单例模式广泛应用于 Runtime 类和 Spring 框架中。