单例模式

1/8/24About 5 min

单例模式，确保一个类只有一个实例，并且提供了对该类的全局访问入口，它可以确保使用这个类实例的所有对象都使用相同的实例。

单例模式-懒汉模式

在需要的时候才创建实例，并且只创建一次。

public class SingletonA {
    private static SingletonA instance = null;


    public SingletonA() {
    }

    public static SingletonA getInstance() {
        if(instance == null){
            instance = new SingletonA();
        }
        return instance;
    }

}

单例模式-饿汉模式

在类加载的时候就创建实例。

public class SingletonB {
    private final static SingletonB instance = new SingletonB();

    public static SingletonB getInstance() {
        return instance;
    }

}

测试

执行main方法，结果输出均为true。

public class Client {

    public static void main(String[] args) {
        AbstractProduct productA = SimpleFactory.createProduct("A");
        productA.work();
        AbstractProduct productB = SimpleFactory.createProduct("B");
        productB.work();
    }
}

改进

如果考虑并发的情形，上面的懒汉模式会创建多个实例，因此需要加锁。


public class SyncSingletonA {
    private static volatile SyncSingletonA instance = null;

    public SyncSingletonA() {
    }

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

}

加锁之后，还要进行判空，目的是为了防止其他线程创建类实例后，当前线程又再次创建。

与其他设计模式的对比

单例模式 vs 工厂方法模式

特性	单例模式	工厂方法模式
目的	确保类只有一个实例	创建不同类型的产品
实例数量	只能有一个实例	可以创建多个实例
全局访问	提供全局访问点	不提供全局访问点
适用场景	需唯一实例的场景	产品类型多样的场景
扩展性	低（只能是一个实例）	高（可扩展新的产品）

单例模式 vs 抽象工厂模式

特性	单例模式	抽象工厂模式
产品范围	单个类的唯一实例	产品家族的创建
实例数量	只能有一个实例	可以创建多个实例
全局访问	提供全局访问点	不提供全局访问点
灵活性	低（只能是一个实例）	中（可扩展产品家族）
适用场景	需唯一实例的场景	需创建相关对象家族的场景

单例模式 vs 建造者模式

特性	单例模式	建造者模式
目的	确保类只有一个实例	构建复杂对象的不同表示
构建方式	简单的实例化或延迟加载	分步构建过程
实例数量	只能有一个实例	可以创建多个实例
客户端参与度	低（只需调用getInstance）	高（需指导构建过程）
适用场景	需唯一实例的场景	需构建复杂对象的场景

单例模式 vs 原型模式

特性	单例模式	原型模式
目的	确保类只有一个实例	通过复制现有对象创建新对象
实例数量	只能有一个实例	可以创建多个实例
创建方式	实例化或延迟加载	复制现有对象
性能	一般（首次访问需要创建实例）	高（避免了重复初始化）
适用场景	需唯一实例的场景	需频繁创建相似对象的场景

总结

单例模式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。

核心思想

单例模式的核心思想是通过限制类的实例化过程，确保在整个应用程序生命周期中，某个类只有一个实例存在，并提供一个全局访问点来获取这个实例。

主要实现方式

饿汉模式
- 优点：实现简单，线程安全（类加载时初始化）
- 缺点：可能导致不必要的资源消耗（即使不使用也会创建实例）
- 适用场景：单例对象较小，创建成本低
懒汉模式
- 优点：延迟加载，节省资源
- 缺点：非线程安全（需要额外处理线程安全问题）
- 适用场景：单例对象较大，创建成本高
线程安全的懒汉模式（双重检查锁定）
- 优点：延迟加载，线程安全，性能较好
- 缺点：实现复杂，需要使用volatile关键字防止指令重排序
- 适用场景：需要线程安全且延迟加载的场景
静态内部类模式
- 优点：延迟加载，线程安全（JVM类加载机制保证）
- 缺点：实现稍复杂
- 适用场景：需要线程安全且延迟加载的场景
枚举模式
- 优点：实现简单，线程安全，防止反射和序列化攻击
- 缺点：无法延迟加载
- 适用场景：需要绝对线程安全和防止反射/序列化攻击的场景

优点

控制实例数量：确保类只有一个实例，避免了资源浪费
全局访问点：提供了一个统一的访问点，方便对实例的管理
避免重复创建：减少了对象的创建次数，提高了性能
简化配置管理：适合管理全局配置、日志记录器等

缺点

违反单一职责原则：单例类既要负责业务逻辑，又要负责实例管理
隐藏依赖关系：通过全局访问点获取实例，可能导致依赖关系不明确
测试困难：单例模式可能导致测试困难，特别是在需要模拟对象的情况下
扩展性差：单例类的扩展性受到限制，难以继承和扩展

适用场景

资源共享场景：如数据库连接池、线程池等需要共享资源的场景
配置管理：如全局配置信息、系统参数等
日志记录：应用程序中的日志记录器
工具类：如数学工具类、日期工具类等不需要多个实例的场景
硬件访问：如打印机、摄像头等硬件设备的访问控制

注意事项

要考虑线程安全问题，特别是在多线程环境下
要考虑序列化和反序列化对单例模式的影响
要考虑反射对单例模式的影响
谨慎使用单例模式，避免过度使用导致代码难以测试和维护