设计模式：单例模式
原创设计模式：单例模式
原创
1. 什么是单例模式？
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**，并提供一个 **全局访问点** 来获取该实例。它的核心目标是控制对象的创建过程，避免资源重复占用或状态不一致。
核心原则：
- 私有化构造函数：禁止外部通过 `new` 创建实例。
- 自行创建实例：类内部负责创建唯一实例。
- 全局访问点：通过静态方法（如 `getInstance()`）提供实例访问。
2. 应用场景
单例模式适用于需要 **全局唯一对象** 的场景，例如：
- 数据库连接池（避免频繁创建连接）
- 日志管理器（统一记录日志）
- 配置信息类（全局共享配置）
- 线程池、缓存系统、硬件驱动访问等
3. 单例模式的实现方式
3.1 饿汉式（Eager Initialization）
- 特点：类加载时就创建实例，线程安全但可能浪费资源。
- 代码示例：
public class Singleton {
private static final Singleton instance = new Singleton();
private Singleton() {} // 私有构造函数
public static Singleton getInstance() {
return instance;
}
}3.2 懒汉式（Lazy Initialization）
- 特点：延迟实例化，首次调用 `getInstance()` 时创建实例。
- 问题：线程不安全（多线程可能创建多个实例）。
- 代码示例：
public class Singleton {
private static Singleton instance;
private Singleton() {}
public static Singleton getInstance() {
if (instance == null) {
instance = new Singleton();
}
return instance;
}
}3.3 线程安全的懒汉式（加锁）
- 特点：通过 `synchronized` 关键字保证线程安全，但性能较低。
- 代码示例：
public class Singleton {
private static Singleton instance;
private Singleton() {}
public static synchronized Singleton getInstance() {
if (instance == null) {
instance = new Singleton();
}
return instance;
}
}3.4 双重检查锁（Double-Checked Locking）
- 特点：减少锁的粒度，提升性能，同时保证线程安全。
- 代码示例：
public class Singleton {
private static volatile Singleton instance; // volatile 防止指令重排序
private Singleton() {}
public static Singleton getInstance() {
if (instance == null) { // 第一次检查
synchronized (Singleton.class) {
if (instance == null) { // 第二次检查
instance = new Singleton();
}
}
}
return instance;
}
}3.5 静态内部类（Holder）
- 特点：利用类加载机制保证线程安全，且延迟加载。
- 代码示例：
public class Singleton {
private Singleton() {}
private static class Holder {
private static final Singleton INSTANCE = new Singleton();
}
public static Singleton getInstance() {
return Holder.INSTANCE;
}
}3.6 枚举（Enum）
- 特点：简洁、线程安全、防止反射攻击和序列化问题。
- 代码示例：
public enum Singleton {
INSTANCE; // 单例实例
public void doSomething() {
// 业务方法
}
}4. 单例模式的线程安全问题
- 根源：多线程环境下，实例可能被多次创建。
- 解决方案：
- 使用 `synchronized` 或双重检查锁（DCL）。
- 通过静态内部类或枚举实现（推荐）。
5. 防止反射和序列化破坏单例
- 反射攻击：通过反射调用私有构造函数创建新实例。
- 解决方法：在构造函数中添加检查逻辑。
- 序列化问题**：反序列化时会创建新对象。
- 解决方法：实现 `readResolve()` 方法返回已有实例。
public class Singleton implements Serializable {
private static final Singleton instance = new Singleton();
private Singleton() {
if (instance != null) {
throw new IllegalStateException("单例已存在！");
}
}
// 防止反序列化创建新对象
protected Object readResolve() {
return instance;
}
}6. 单例模式的优缺点
- 优点：
- 全局唯一实例，避免资源浪费。
- 提供统一的访问入口。
- 缺点：
- 违反单一职责原则（类需管理自身实例）。
- 可能隐藏类之间的依赖关系，增加测试难度。
- 长期持有实例可能导致内存泄漏（如 Android 中 Context 单例）。
7. 实际开发中的注意事项
- 优先选择枚举或静态内部类：简洁且线程安全。
- 避免滥用单例：过度使用会导致代码耦合度高。
- 依赖注入框架：如 Spring 默认管理单例 Bean，无需手动实现。
- 单元测试：单例可能增加测试复杂度，可通过 Mock 工具解决。
8. 总结
单例模式的核心是 **控制实例数量** 和 **提供全局访问点**。实现时需根据场景选择合适的方式：
- 简单场景：枚举或静态内部类。
- 复杂线程安全需求：双重检查锁。
- 框架开发：结合依赖注入容器（如 Spring）。
正确使用单例模式能优化资源管理，但需警惕其潜在的缺点和误用风险。
原创声明：本文系作者授权腾讯云开发者社区发表，未经许可，不得转载。
如有侵权，请联系 cloudcommunity@tencent.com 删除。
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