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二.单例模式‌

ops 2025/6/26 10:29:57

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）