在Java中，单例模式（Singleton Pattern）用于确保一个类只有一个实例，并提供全局访问点。以下是详细的实现方式、适用场景及注意事项：
一、单例模式的实现方式
1. 饿汉式（Eager Initialization）
特点：类加载时立即创建实例，线程安全但可能浪费资源。
public class EagerSingleton {
private static final EagerSingleton instance = new EagerSingleton();
private EagerSingleton() {}
public static EagerSingleton getInstance() {
return instance;
}
}
优点：实现简单，线程安全。
缺点：实例在类加载时创建，即使未被使用。
2. 懒汉式（Lazy Initialization）
特点：延迟实例化，但需处理线程安全问题。
public class LazySingleton {
private static LazySingleton instance;
private LazySingleton() {}
public static synchronized LazySingleton getInstance() {
if (instance == null) {
instance = new LazySingleton();
}
return instance;
}
}
优点：按需创建实例。
缺点：同步方法导致性能下降。
3. 双重检查锁（Double-Checked Locking）
特点：减少同步开销，需使用volatile防止指令重排。
public class DCLSingleton {
private static volatile DCLSingleton instance;
private DCLSingleton() {}
public static DCLSingleton getInstance() {
if (instance == null) {
synchronized (DCLSingleton.class) {
if (instance == null) {
instance = new DCLSingleton();
}
}
}
return instance;
}
}
优点：兼顾线程安全和性能。
缺点：实现较复杂，需注意JDK版本兼容性。
4. 静态内部类（Static Inner Class）
特点：利用类加载机制保证线程安全。
public class InnerClassSingleton {
private InnerClassSingleton() {}
private static class Holder {
static final InnerClassSingleton instance = new InnerClassSingleton();
}
public static InnerClassSingleton getInstance() {
return Holder.instance;
}
}
优点：延迟加载，线程安全，无需同步。
缺点：无法通过参数初始化实例。
5. 枚举单例（Enum Singleton）
特点：由JVM保证唯一性，防止反射和序列化破坏。
public enum EnumSingleton {
INSTANCE;
public void doSomething() {
// 方法实现
}
}
优点：天然线程安全，防反射和序列化攻击。
缺点：无法继承其他类，不够灵活。
二、单例模式的使用场景
-
全局配置管理
例如，系统配置类需要全局唯一实例，确保配置一致。 -
日志记录器
统一管理日志输出，避免多个实例导致资源竞争。 -
数据库连接池
维护唯一的连接池实例，高效管理数据库连接。 -
缓存系统
缓存数据需要全局访问，避免重复创建缓存实例。 -
硬件资源访问
如打印机服务，需统一调度硬件资源。
三、注意事项与潜在问题
-
线程安全
懒汉式需通过同步或双重检查锁确保线程安全。 -
反射攻击
普通单例可能被反射调用构造函数，需在构造器中添加防护：private Singleton() { if (instance != null) { throw new IllegalStateException("Instance already exists"); } } -
序列化与反序列化
实现Serializable接口时，需重写readResolve方法：protected Object readResolve() { return getInstance(); } -
测试困难
单例的全局状态可能导致测试耦合，可通过依赖注入（如Spring容器管理）解耦。 -
过度使用
滥用单例会提高代码耦合度，应仅在需要严格唯一实例时使用。
四、总结
| 实现方式 | 线程安全 | 延迟加载 | 防反射 | 防序列化 | 适用场景 |
|---|---|---|---|---|---|
| 饿汉式 | ✅ | ❌ | ❌ | ❌ | 简单场景，实例轻量 |
| 懒汉式（同步） | ✅ | ✅ | ❌ | ❌ | 需要延迟加载，性能不敏感 |
| 双重检查锁 | ✅ | ✅ | ❌ | ❌ | 高性能要求的延迟加载 |
| 静态内部类 | ✅ | ✅ | ❌ | ❌ | 推荐的延迟加载方式 |
| 枚举 | ✅ | ❌ | ✅ | ✅ | 高安全性要求（推荐方式） |
最佳实践：
- 优先选择枚举单例或静态内部类实现。
- 避免通过单例传递全局状态，尽量依赖接口编程。
- 在框架（如Spring）中，尽量使用容器管理的单例Bean而非手动实现。
通过合理选择实现方式，单例模式能有效管理全局资源，但需谨慎使用以避免设计上的陷阱。
