鹤壁网站建设优化设计数学

案例介绍

为什么需要单例模式？
比如，一个游戏只能有一个音乐播放器（如果有两个就会声音打架），或者一台电脑只能有一个鼠标光标，这时候就用单例模式保护它！

案例代码

1.饿汉式（最简单，线程安全）

public class CandyJar {// 1. 直接创建一个唯一的糖果罐（类加载时就创建）private static final CandyJar instance = new CandyJar();// 2. 禁止外部 new 对象（保护魔法规则）private CandyJar() {}// 3. 提供获取唯一实例的方法public static CandyJar getInstance() {return instance;}}

特点：简单、线程安全，但可能浪费资源（如果一直不用这个实例）。

2.懒汉式（延迟创建，线程不安全）

public class CandyJar {private static CandyJar instance; // 先不创建private CandyJar() {}// 第一次调用时创建实例（延迟加载）public static CandyJar getInstance() {if (instance == null) {instance = new CandyJar(); // 线程不安全！}return instance;}}

问题：多线程下可能创建多个实例！

3.懒汉式 + 同步锁（线程安全但效率低）

public class CandyJar {private static CandyJar instance;private CandyJar() {}// 加锁保证线程安全，但每次调用都要锁，效率低public static synchronized CandyJar getInstance() {if (instance == null) {instance = new CandyJar();}return instance;}}

缺点：性能差（锁的代价太高）。

4.双重检查锁（最优解，线程安全+高效）

public class CandyJar {// 用 volatile 禁止指令重排序private static volatile CandyJar instance;private CandyJar() {}public static CandyJar getInstance() {if (instance == null) { // 第一次检查synchronized (CandyJar.class) { // 加锁if (instance == null) { // 第二次检查instance = new CandyJar();}}}return instance;}}

为什么高效：只有第一次创建时会加锁，之后直接返回实例。

5.静态内部类（推荐写法，懒加载+线程安全）

public class CandyJar {private CandyJar() {}// 静态内部类在第一次使用时才会加载private static class Holder {private static final CandyJar instance = new CandyJar();}public static CandyJar getInstance() {return Holder.instance;}}

优点：懒加载、线程安全、代码简洁（无锁）

6.枚举实现（最安全，防反射攻击）

public enum CandyJar {INSTANCE; // 唯一实例public void putCandy() {// 其他方法...}}

用法：CandyJar.INSTANCE.putCandy();
优点：绝对单例、线程安全、自动防反射和序列化破坏。

案例场景

1.配置管理（Configuration Manager）

• 场景：系统需要读取全局配置文件（如数据库配置、日志配置等），所有模块共享同一份配置。
• 示例：
   

  public class AppConfig {private static AppConfig instance;private Properties config;private AppConfig() {loadConfig(); // 初始化时加载配置文件}public static AppConfig getInstance() {if (instance == null) {instance = new AppConfig();}return instance;}private void loadConfig() {config = new Properties();try (InputStream is = getClass().getResourceAsStream("app.properties")) {config.load(is);} catch (IOException e) {e.printStackTrace();}}public String getProperty(String key) {return config.getProperty(key);}
  }

  
  
  使用：所有模块通过 AppConfig.getInstance().getProperty("db.url") 获取配置，避免重复加载文件。

2.日志记录（Logger）

• 场景：日志系统需要全局唯一的实例，确保所有日志写入同一个文件或输出流。
• 示例：
   

  public class Logger {private static Logger instance;private File logFile;private Logger() {logFile = new File("app.log"); // 初始化日志文件}public static synchronized Logger getInstance() {if (instance == null) {instance = new Logger();}return instance;}public void log(String message) {// 写入日志文件...}
  }

  
  
  使用：Logger.getInstance().log("User logged in")，保证日志统一管理。

3.数据库连接池（Database Connection Pool）

• 场景：数据库连接是昂贵的资源，必须全局共享一个连接池，避免频繁创建和销毁连接。
• 示例：
   

  public class ConnectionPool {private static ConnectionPool instance;private List<Connection> connections;private ConnectionPool() {// 初始化连接池（如创建10个连接）connections = new ArrayList<>();for (int i = 0; i < 10; i++) {connections.add(createConnection());}}public static ConnectionPool getInstance() {if (instance == null) {synchronized (ConnectionPool.class) {if (instance == null) {instance = new ConnectionPool();}}}return instance;}public Connection getConnection() {// 从池中获取一个可用连接...}public void releaseConnection(Connection conn) {// 将连接放回池中...}
  }
  

  
  使用：所有数据库操作通过 ConnectionPool.getInstance() 获取连接。

4.缓存系统（Cache Manager）

• 场景：缓存需要全局唯一实例，避免不同模块维护各自的缓存导致数据不一致。
• 示例：
   

  public class CacheManager {private static CacheManager instance;private Map<String, Object> cache = new HashMap<>();private CacheManager() {}public static CacheManager getInstance() {if (instance == null) {instance = new CacheManager();}return instance;}public void put(String key, Object value) {cache.put(key, value);}public Object get(String key) {return cache.get(key);}
  }

  
  
  使用：CacheManager.getInstance().put("user_123", userData)。

6.硬件设备访问（如打印机、鼠标）

• 场景：操作系统需要统一管理硬件资源，例如打印机任务队列。
• 示例：
   

  
  public class PrinterManager {private static PrinterManager instance;private Queue<PrintTask> printQueue = new LinkedList<>();private PrinterManager() {}public static PrinterManager getInstance() {if (instance == null) {instance = new PrinterManager();}return instance;}public void addTask(PrintTask task) {printQueue.add(task);}public void printNext() {// 执行下一个打印任务...}
  }

  
  
  使用：所有打印任务通过 PrinterManager.getInstance().addTask(task) 提交。

6.线程池（Thread Pool）

• 场景：线程池需要全局统一管理，避免创建过多线程导致资源耗尽。
• 示例：
   

  public class ThreadPool {private static ThreadPool instance;private ExecutorService executor;private ThreadPool() {executor = Executors.newFixedThreadPool(10); // 初始化线程池}public static ThreadPool getInstance() {if (instance == null) {synchronized (ThreadPool.class) {if (instance == null) {instance = new ThreadPool();}}}return instance;}public void execute(Runnable task) {executor.execute(task);}
  }

  
  
  使用：ThreadPool.getInstance().execute(() -> doSomething())。

7.GUI 应用程序中的主窗口管理

• 场景：在桌面应用中，通常只需要一个主窗口实例。
• 示例：
   

  public class MainWindow {private static MainWindow instance;private JFrame frame;private MainWindow() {frame = new JFrame("Main Window");// 初始化窗口...}public static MainWindow getInstance() {if (instance == null) {instance = new MainWindow();}return instance;}public void show() {frame.setVisible(true);}
  }

  
  
  使用：MainWindow.getInstance().show() 显示主窗口。