单例模式

定义

单例模式(Singleton Pattern)是一种创建型设计模式，确保一个类只有一个实例，并提供一个全局访问点。

核心特性

1. 唯一性：保证一个类只有一个实例存在
2. 全局访问：提供全局访问该实例的方法
3. 延迟初始化：通常在第一次被请求时才创建实例(懒汉式)

实现方式

1. 饿汉式(线程安全)

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

• 类加载时就初始化实例
• 线程安全但可能造成资源浪费

2. 懒汉式(线程不安全)

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

• 延迟初始化
• 线程不安全

3. 线程安全懒汉式

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

• 方法加锁保证线程安全
• 每次获取实例都要同步，性能较低

4. 双重检查锁(DCL)

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

• 减少同步块的使用，提高性能
• 需要volatile防止指令重排序

5. 静态内部类

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

• 线程安全
• 延迟加载
• 实现简单

6. 枚举实现

public enum Singleton {
    INSTANCE;
    
    public void doSomething() {
        // ...
    }
}

• 简洁
• 自动支持序列化机制
• 绝对防止多次实例化
• 最安全的单例实现方式

应用场景

1. 需要频繁创建和销毁的对象
2. 创建对象耗时或资源消耗大
3. 工具类对象
4. 访问数据库或文件的对象
5. 需要共享访问点或共享数据的场景

注意事项

1. 多线程环境下的线程安全问题
2. 序列化和反序列化可能破坏单例
3. 反射攻击可能破坏单例
4. 单例模式可能增加代码耦合度
5. 单例对象生命周期长，可能成为内存泄漏的来源

单例模式是设计模式中最简单的模式之一，但实现一个健壮的单例需要考虑多种因素，特别是在多线程环境下。