单例模式

单例模式（Singleton Pattern）属于创建型模式的一种。它的核心目的是控制类的实例化过程，确保在任何情况下，对于特定类来说，在整个应用程序中最多只有一个实例存在，并提供一个全局访问点来获取这个唯一的实例。这样做的主要好处是能够有效地控制资源的使用，特别是那些需要频繁创建和销毁的对象，比如数据库连接池、线程池、缓存服务等。

单例模式的特点

1. 唯一性：确保系统中该类只有一个实例。
2. 全局访问点：提供一个全局访问点来获取这个实例，通常通过静态方法实现。
3. 延迟初始化：根据实现方式的不同，实例化可以在类加载时完成（饿汉式），或者首次请求实例时完成（懒汉式）。
4. 线程安全：在多线程环境下，必须确保单例的创建过程是线程安全的。

实现单例模式的常见方法

提示

• 一个私有构造函数
• 一个私有静态变量
• 一个公有静态函数

1. 饿汉式（静态常量）

在类加载时就完成了初始化，避免了线程同步问题，但可能会造成资源浪费。

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

2. 懒汉式（线程不安全）

首次使用时才创建实例，但原始实现线程不安全。

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

3. 懒汉式（线程安全，同步方法）

通过在getInstance方法上加锁保证线程安全，但每次访问都会同步，影响性能。

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

4. 双重检查锁定（DCL, Double-Checked Locking）

结合懒汉式和性能优化，既实现了延迟加载，又减少了锁的开销。

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;
    }
}

5. 静态内部类

利用Java类加载机制保证线程安全，且实现懒加载。

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

6.枚举

使用枚举来实现单例是一种既简单又线程安全的方法，同时还能防止反序列化破坏单例的特性。

public enum Singleton {
    INSTANCE;

    // 可以在这里添加其他实例方法或属性

    public void someBusinessMethod() {
        // 实际业务逻辑
    }
}

使用枚举实现单例的优点：

1. 线程安全：Java保证了枚举实例的创建是线程安全的，因此无需担心多线程环境下的实例化问题。
2. 简洁：实现代码非常简洁，易于理解和维护。
3. 防止反射攻击：由于枚举类型的特殊性，它能天然防止通过反射来实例化多个对象。
4. 防止序列化破坏：如果实现Serializable接口，枚举的序列化和反序列化机制会保证单例特性不会被破坏。

如何使用：

访问单例实例就像访问枚举值一样简单：

Singleton singleton = Singleton.INSTANCE;
singleton.someBusinessMethod();

虽然枚举实现单例的方式可能不是最直观的，但它提供了高度的线程安全性和简洁性，特别是在对并发控制有严格要求的场景下，是一个值得推荐的实现方式。

应用场景

• 当需要控制资源的共享，例如数据库连接池。
• 当对象需要被全局访问，如日志记录器、配置管理器。
• 当对象的创建成本较高，如复杂的初始化过程，需要保证只创建一次。

注意事项

• 单例模式可能引入全局状态，增加模块间的耦合，需谨慎使用。
• 反射和序列化可能破坏单例，需要额外处理来防御。
• 在并发编程中，确保单例的线程安全性是非常重要的。