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【设计模式】单例模式

嘀荼酴 2025-6-26 13:54:29
单例模式深度解析：从基础到实现原理

一、单例模式核心概念

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。这种模式的核心价值在于：

  • ✅ 避免资源冲突（如配置文件、数据库连接池）
  • ✅ 节省系统资源开销
  • ✅ 统一管理共享资源
  • ✅ 控制全局访问点
典型应用场景：

  • 配置管理器（全局共享配置）
  • 数据库连接池（避免重复创建连接）
  • 日志记录器（统一管理日志写入）
  • 设备驱动程序（如打印机控制）
  • 缓存系统（全局共享缓存数据）
二、单例模式实现方式大全

1. 饿汉式（线程安全）
  1. public class EagerSingleton {
  2.     private static final EagerSingleton INSTANCE = new EagerSingleton();
  3.    
  4.     private EagerSingleton() {
  5.         // 防止反射攻击
  6.         if (INSTANCE != null) {
  7.             throw new IllegalStateException("Singleton already initialized");
  8.         }
  9.     }
  10.    
  11.     public static EagerSingleton getInstance() {
  12.         return INSTANCE;
  13.     }
  14. }
复制代码

  • ⚡ 优点：实现简单，线程安全
  • ⚠️ 缺点：类加载时即初始化，可能造成资源浪费
2. 懒汉式（非线程安全）
  1. public class LazySingleton {
  2.     private static LazySingleton instance;
  3.    
  4.     private LazySingleton() {}
  5.    
  6.     public static LazySingleton getInstance() {
  7.         if (instance == null) {
  8.             instance = new LazySingleton();
  9.         }
  10.         return instance;
  11.     }
  12. }
复制代码

  • ⚡ 优点：延迟初始化
  • ⚠️ 缺点：多线程环境下不安全
3. 同步方法懒汉式（线程安全）
  1. public class SynchronizedSingleton {
  2.     private static SynchronizedSingleton instance;
  3.    
  4.     private SynchronizedSingleton() {}
  5.    
  6.     public static synchronized SynchronizedSingleton getInstance() {
  7.         if (instance == null) {
  8.             instance = new SynchronizedSingleton();
  9.         }
  10.         return instance;
  11.     }
  12. }
复制代码

  • ⚡ 优点：线程安全
  • ⚠️ 缺点：每次获取实例都加锁，性能差
4. 双重检查锁（DCL）
  1. public class DoubleCheckedLockingSingleton {
  2.     private static volatile DoubleCheckedLockingSingleton instance;
  3.    
  4.     private DoubleCheckedLockingSingleton() {}
  5.    
  6.     public static DoubleCheckedLockingSingleton getInstance() {
  7.         if (instance == null) {
  8.             synchronized (DoubleCheckedLockingSingleton.class) {
  9.                 if (instance == null) {
  10.                     instance = new DoubleCheckedLockingSingleton();
  11.                 }
  12.             }
  13.         }
  14.         return instance;
  15.     }
  16. }
复制代码

  • ⚡ 优点：线程安全且高性能
  • ⚠️ 注意：必须使用volatile防止指令重排序
5. 静态内部类（推荐）
  1. public class StaticInnerClassSingleton {
  2.     private StaticInnerClassSingleton() {}
  3.    
  4.     private static class Holder {
  5.         static final StaticInnerClassSingleton INSTANCE = new StaticInnerClassSingleton();
  6.     }
  7.    
  8.     public static StaticInnerClassSingleton getInstance() {
  9.         return Holder.INSTANCE;
  10.     }
  11.    
  12.     // 防止反序列化破坏单例
  13.     protected Object readResolve() {
  14.         return getInstance();
  15.     }
  16. }
复制代码
6. 枚举单例（最佳实践）
  1. public enum EnumSingleton {
  2.     INSTANCE;
  3.    
  4.     // 添加业务方法
  5.     public void businessMethod() {
  6.         System.out.println("Business logic executed");
  7.     }
  8. }
复制代码
三、静态内部类原理深度剖析

静态内部类实现之所以无需同步开销，关键在于利用了Java类加载机制的天然线程安全性：

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