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Java单例模式详解

news 2025/7/13 22:12:35

单例模式详解

一、单例模式概述

单例模式(Singleton Pattern)是一种创建型设计模式，它确保一个类只有一个实例，并提供一个全局访问点来访问这个实例。

核心特点

唯一实例：保证一个类只有一个实例存在
全局访问：提供统一的访问入口
延迟初始化：通常采用懒加载方式创建实例
线程安全：需要考虑多线程环境下的安全性

二、单例模式的实现方式

1. 懒汉式（线程不安全）

public class Singleton {
    private static Singleton instance;
    
    private Singleton() {}
    
    public static Singleton getInstance() {
        if (instance == null) {
            instance = new Singleton();
        }
        return instance;
    }
}

缺点：多线程环境下可能创建多个实例

2. 懒汉式（线程安全）

public class Singleton {
    private static Singleton instance;
    
    private Singleton() {}
    
    public static synchronized Singleton getInstance() {
        if (instance == null) {
            instance = new Singleton();
        }
        return instance;
    }
}

缺点：每次获取实例都要同步，性能较差

3. 双重检查锁定（DCL）

public class Singleton {
    private volatile static Singleton instance;
    
    private Singleton() {}
    
    public static Singleton getInstance() {
        if (instance == null) {
            synchronized (Singleton.class) {
                if (instance == null) {
                    instance = new Singleton();
                }
            }
        }
        return instance;
    }
}

特点：

volatile关键字防止指令重排序
第一次检查避免不必要的同步
第二次检查确保只创建一个实例

4. 静态内部类实现

public class Singleton {
    private Singleton() {}
    
    private static class SingletonHolder {
        private static final Singleton INSTANCE = new Singleton();
    }
    
    public static Singleton getInstance() {
        return SingletonHolder.INSTANCE;
    }
}

优点：

线程安全
延迟加载
实现简单

5. 枚举实现（推荐）

public enum Singleton {
    INSTANCE;
    
    public void doSomething() {
        // 业务方法
    }
}

优势：

绝对防止多次实例化
自动支持序列化机制
线程安全
代码简洁

三、单例模式的应用场景

1. 配置管理类

public class AppConfig {
    private static AppConfig instance;
    private Properties configs;
    
    private AppConfig() {
        // 初始化加载配置
        configs = new Properties();
        try (InputStream is = getClass().getResourceAsStream("/config.properties")) {
            configs.load(is);
        } catch (IOException e) {
            throw new RuntimeException("加载配置文件失败", e);
        }
    }
    
    public static synchronized AppConfig getInstance() {
        if (instance == null) {
            instance = new AppConfig();
        }
        return instance;
    }
    
    public String getConfig(String key) {
        return configs.getProperty(key);
    }
}

使用场景：

全局配置信息管理
避免重复加载配置文件
统一配置访问入口

2. 数据库连接池

public class ConnectionPool {
    private static ConnectionPool instance;
    private List<Connection> pool;
    
    private ConnectionPool() {
        // 初始化连接池
        pool = new ArrayList<>();
        for (int i = 0; i < 10; i++) {
            pool.add(createConnection());
        }
    }
    
    public static ConnectionPool getInstance() {
        if (instance == null) {
            synchronized (ConnectionPool.class) {
                if (instance == null) {
                    instance = new ConnectionPool();
                }
            }
        }
        return instance;
    }
    
    public Connection getConnection() {
        // 从池中获取连接
    }
    
    public void releaseConnection(Connection conn) {
        // 释放连接回池
    }
}

优势：

避免频繁创建连接开销
统一管理数据库连接
控制连接数量

四、单例模式的注意事项

序列化问题
- 实现Serializable接口时需要添加readResolve()方法
- 防止反序列化时创建新实例
  
  private Object readResolve() {
  return getInstance();
  }
反射攻击防护
- 防止通过反射调用私有构造方法
- 可以在构造方法中添加检查
  
  private Singleton() {
  if (instance != null) {
  throw new IllegalStateException(“单例实例已存在”);
  }
  }