二.单例模式‌

news2025/6/8 7:24:52

一.单例模式的定义

单例模式是一种‌创建型设计模式‌，确保一个类‌只有一个实例‌，并提供该实例的‌全局访问点‌。

1.1.核心目标

唯一实例‌：限制类的实例化次数仅一次。
‌全局访问‌：提供统一的访问入口（通常是静态方法）。

1.2.实现步骤

私有化构造函数‌：禁止外部通过new创建实例。
‌静态私有成员‌：保存类的唯一实例。
‌静态公有方法‌：提供全局访问入口，如getInstance()

.1.3.优点

资源共享‌：如数据库连接池、线程池、配置文件管理器等全局资源。
‌状态一致性‌：避免多个实例导致状态冲突（如计数器）。
‌性能优化‌：减少重复创建昂贵对象的开销

二.单例模式的实现方式

2.1.饿汉式实现

特点：类加载时立即创建实例（线程安全）。
优点‌：简单高效，无同步开销。
‌缺点‌：可能造成资源浪费（即使未使用也会创建实例）。

/**
 * 饿汉式单例
 */
public class EagerSingleton {
    // 创建一个静态的实例，静态常量，在类加载的时候创建实例
    private static final EagerSingleton instance = new EagerSingleton();
    // 私有化构造方法，使的用者无法通过new关键字创建对象
    private EagerSingleton() {
    }
    //  提供获取实例的方法
    public static EagerSingleton getInstance() {
        return instance;
    }
}

public class demo {
    public static void main(String[] args) {
        EagerSingleton instance = EagerSingleton.getInstance();
        EagerSingleton instance2 = EagerSingleton.getInstance();
        System.out.println(instance == instance2); // true
    }
}

2.2.懒汉式实现

‌特点‌：延迟实例化（首次调用getInstance()时创建）。
优点‌：首次创建后不再同步，兼顾性能与安全。
‌注意‌：必须使用volatile关键字（避免JVM指令重排序导致未初始化完全的错误实例）。

/**
 * 懒汉式单例普通实现
 */
public class LazySingleton {
    private static LazySingleton instance;

    private LazySingleton() {
    }

    /**
     * 在多线程环境下，多个线程可能同时进入 if (instance == null) 条件块，
     * 并且每个线程都可能执行 new LazySingleton() 语句，从而导致创建多个实例
     * @return
     */
    public static LazySingleton getInstance() {
        if (instance == null) {
            instance = new LazySingleton(); // 这里可能会有并发问题
        }
        return instance;
    }
}

/**
 * 懒汉式单例‌双重检查锁定实现
 */
public class LazySingleton {
    // volatile 关键字是为了避免指令重排
    private static volatile LazySingleton instance;

    private LazySingleton() {
    }

    /**
     * 在多线程环境下，多个线程可能同时进入 if (instance == null) 条件块，
     * 并且每个线程都可能执行 new LazySingleton() 语句，从而导致创建多个实例
     * 所以需要使用 synchronized 关键字修饰 getInstance() 方法，
     * @return
     */
    public static LazySingleton getInstance() {
        if (instance == null) {
            synchronized(LazySingleton.class){
                if (instance == null) {
                    instance = new LazySingleton();
                }
            }
        }
        return instance;
    }
}

2.3.静态内部类实现

特点‌：利用类加载机制保证线程安全，延迟加载。
‌优势‌：线程安全（JVM保证类加载过程的互斥性）。无同步开销，高效延迟加载。

/**
 * 静态内部类实现单例模式
 */
public class HolderSingleton {
    private HolderSingleton() {
    }

    /**
     * JVM 确保一个类只会被初始化一次，即使多个线程同时尝试加载该类。
     * 当 HolderSingleton 类被加载时，其内部的 Holder 类并不会立即被加载
     */
    private static class Holder {
        private static final HolderSingleton INSTANCE = new HolderSingleton();
    }

    /**
     * 延迟加载
     * 只有当调用 getInstance() 方法时，才会触发 Holder.INSTANCE 的访问
     * 此时 JVM 才会加载并初始化 Holder 类，并创建 HolderSingleton 实例
     * @return
     */
    public static HolderSingleton getInstance() {
        return Holder.INSTANCE;
    }
}

2.4.枚举实现

‌特点‌：天然防反射/序列化破坏，简洁安全。
调用方式‌：Singleton.INSTANCE.doSomething()
‌优势‌：绝对单例（JVM保障）。自动处理序列化和反射攻击。

/**
 * 枚举单例模式
 */
public enum  EnumSingleton {
    //
    /**
     * 枚举实例由JVM在类加载时静态初始化，保证线程安全
     * Java规范禁止通过反射创建枚举实例，避免传统单例被反射攻击的问题
     * 枚举的序列化机制仅保存枚举名称，反序列化时通过valueOf还原原实例，防止生成新对象
     */
    INSTANCE; // 唯一实例

    /**
     *实例方法
     */
    public void whateverMethod() {
        System.out.println("whateverMethod");
    }
}

public static void main(String[] args) {
        //调用
        EnumSingleton.INSTANCE.whateverMethod();
    }

三.应用场景

3.1.初始化开销

‌轻量级对象‌（CPU耗时<50ms，内存<1MB）：
- 适用场景‌：配置管理器、工具类（如字符串处理器）16
- ‌饿汉式‌：实例在类加载时创建，启动速度快
重量级对象‌（数据库连接、大型缓存）：
- ‌适用场景‌：数据库连接池、日志系统
- ‌静态内部类/DCL‌：延迟加载，避免启动阻塞

3.2.线程安全

高并发场景‌：
- ‌双重检查锁（DCL）‌：通过volatile+同步块确保安全（如支付网关）36
- ‌枚举‌：JVM保障线程安全（如金融交易引擎）512
低并发场景‌：
- ‌静态内部类‌：无锁延迟加载（如配置文件读取器）

3.3.防破坏需求

枚举‌：Java规范禁止反射创建枚举实例

3.4.场景化推荐

‌场景‌	‌推荐模式‌	‌原因‌
‌全局配置管理器‌	饿汉式	配置轻量且启动必用
‌数据库连接池‌	静态内部类	延迟加载避免启动卡顿，无锁线程安全
‌金融交易核心‌	枚举	防反射攻击，强一致性要求
‌高频工具类‌	饿汉式	无状态对象，快速访问
‌第三方服务代理‌	双重检查锁（DCL）	按需加载+高并发安全（如支付网关）