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40岁开始学Java：Java中单例模式（Singleton Pattern）,适用场景有哪些？

news 来源：原创 2025/5/1 6:52:37

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在Java中，单例模式（Singleton Pattern）用于确保一个类只有一个实例，并提供全局访问点。以下是详细的实现方式、适用场景及注意事项：

一、单例模式的实现方式

1. 饿汉式（Eager Initialization）

特点：类加载时立即创建实例，线程安全但可能浪费资源。

public class EagerSingleton {
    private static final EagerSingleton instance = new EagerSingleton();
    
    private EagerSingleton() {}
    
    public static EagerSingleton getInstance() {
        return instance;
    }
}

优点：实现简单，线程安全。
缺点：实例在类加载时创建，即使未被使用。

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2. 懒汉式（Lazy Initialization）

特点：延迟实例化，但需处理线程安全问题。

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

优点：按需创建实例。
缺点：同步方法导致性能下降。

3. 双重检查锁（Double-Checked Locking）

特点：减少同步开销，需使用volatile防止指令重排。

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

优点：兼顾线程安全和性能。
缺点：实现较复杂，需注意JDK版本兼容性。

4. 静态内部类（Static Inner Class）

特点：利用类加载机制保证线程安全。

public class InnerClassSingleton {
    private InnerClassSingleton() {}
    
    private static class Holder {
        static final InnerClassSingleton instance = new InnerClassSingleton();
    }
    
    public static InnerClassSingleton getInstance() {
        return Holder.instance;
    }
}

优点：延迟加载，线程安全，无需同步。
缺点：无法通过参数初始化实例。

5. 枚举单例（Enum Singleton）

特点：由JVM保证唯一性，防止反射和序列化破坏。

public enum EnumSingleton {
    INSTANCE;
    
    public void doSomething() {
        // 方法实现
    }
}

优点：天然线程安全，防反射和序列化攻击。
缺点：无法继承其他类，不够灵活。

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二、单例模式的使用场景

全局配置管理
例如，系统配置类需要全局唯一实例，确保配置一致。
日志记录器
统一管理日志输出，避免多个实例导致资源竞争。
数据库连接池
维护唯一的连接池实例，高效管理数据库连接。
缓存系统
缓存数据需要全局访问，避免重复创建缓存实例。
硬件资源访问
如打印机服务，需统一调度硬件资源。

三、注意事项与潜在问题

线程安全
懒汉式需通过同步或双重检查锁确保线程安全。

反射攻击
普通单例可能被反射调用构造函数，需在构造器中添加防护：

private Singleton() {
    if (instance != null) {
        throw new IllegalStateException("Instance already exists");
    }
}

序列化与反序列化
实现Serializable接口时，需重写readResolve方法：
```
protected Object readResolve() {
    return getInstance();
}
```
测试困难
单例的全局状态可能导致测试耦合，可通过依赖注入（如Spring容器管理）解耦。
过度使用
滥用单例会提高代码耦合度，应仅在需要严格唯一实例时使用。

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四、总结

实现方式	线程安全	延迟加载	防反射	防序列化	适用场景
饿汉式	✅	❌	❌	❌	简单场景，实例轻量
懒汉式（同步）	✅	✅	❌	❌	需要延迟加载，性能不敏感
双重检查锁	✅	✅	❌	❌	高性能要求的延迟加载
静态内部类	✅	✅	❌	❌	推荐的延迟加载方式
枚举	✅	❌	✅	✅	高安全性要求（推荐方式）