一、什么是单例模式？
单例模式（Singleton Pattern）是一种常用的软件设计模式，其核心目标是确保一个类只有一个实例，并提供一个全局访问点。这种模式在许多场景下都非常有用，可以有效地控制资源的访问和管理。
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;}
}
问题示例：
假设两个线程（线程A和线程B）几乎同时调用 getInstance()，流程如下：
- 线程A和线程B 都检查到
if (instance == null)。- 因为
instance还未被初始化，所以两个线程都进入了if块。
- 因为
- 线程A执行
instance = new Singleton();：- 线程A完成了对象的创建，
instance不再为null。
- 线程A完成了对象的创建，
- 线程B执行
instance = new Singleton();：- 因为线程B在检查
instance == null时，instance仍然为null（线程A的赋值操作还未被线程B感知）。 - 线程B再次创建了一个新实例，覆盖了线程A的结果。
- 因为线程B在检查
最终，多个线程可能创建了多个实例
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;}
}
使用 synchronized 关键字确保线程安全：
3. 饿汉式（线程安全）
public class Singleton {private static final Singleton INSTANCE = new Singleton();private Singleton() {}public static Singleton getInstance() {return INSTANCE;}
}
● private static final Singleton INSTANCE = new Singleton(); 意味着实例是在类加载时就被创建的
● 这种方式由Java虚拟机保证线程安全，因为静态成员变量的初始化是在类加载过程中进行的，是线程安全的
4. 双重检查锁（推荐）
public class Singleton {private static volatile Singleton instance;private Singleton() {}public static Singleton getInstance() {if (instance == null) {synchronized (Singleton.class) {if (instance == null) {instance = new Singleton();}}}return instance;}
}
"双重检查锁定”策略来保证 懒加载 和 线程安全，同时避免不必要的同步带来的性能开销。
第一次检查：if (instance == null)
- 当多个线程并发调用
getInstance()时，第一次检查是否实例化了Singleton。 - 如果
instance已经被创建，直接返回该实例，避免进入同步代码块，从而提高性能。
同步块：synchronized (Singleton.class)
- 如果
instance为空，则进入同步块，确保只有一个线程可以执行实例化的代码。 - 这个
**synchronized**确保了当多个线程同时进入该代码块时，只有一个线程能够创建Singleton实例。
第二次检查：if (instance == null)
- 线程进入同步块后，第二次检查
instance是否为空。因为可能多个线程并发到达同步块，第一个线程会创建实例，其他线程会被阻塞。 - 第二次检查是为了防止多个线程在同步块中创建多个实例，确保
instance只被初始化一次。
实例化：instance = new Singleton()
- 当第一次和第二次检查都发现
instance为空时，创建Singleton实例。
为什么使用 volatile 关键字？
volatile确保了instance的变量在多线程环境下是可见的，避免了由于 指令重排 或 缓存 导致实例初始化出现问题。- 如果没有
volatile，可能会出现某些线程看到一个未完全初始化的instance对象，从而导致 空指针异常 或 不一致的状态。
5. 静态内部类（推荐）
public class Singleton {private Singleton() {}private static class SingletonHolder {private static final Singleton INSTANCE = new Singleton();}public static Singleton getInstance() {return SingletonHolder.INSTANCE;}
}
为什么这种方式是线程安全的？
- 类加载机制：Java 类加载是线程安全的。当 JVM 加载类时，它会保证类的初始化过程不会出现竞争条件。因此，
SingletonHolder类在被加载时，INSTANCE只会被初始化一次，即使在多线程环境下也能保证唯一性。 - 懒加载：静态内部类实现的单例模式通过 类初始化时 延迟实例化
Singleton，避免了提前创建对象的开销。 - 性能：由于没有在每次调用
getInstance()时都加锁，避免了同步带来的性能损失。因此，这种方式在保证线程安全的同时，也具备了更高的性能。
6.使用枚举创建
public enum Singleton {INSTANCE;// 可以在这里添加需要的方法public void doSomething() {System.out.println("Doing something...");}
}
优点：
enum定义：Singleton被定义为一个枚举类型，只有一个INSTANCE成员。枚举类型的实例在类加载时就会被创建，因此可以确保只有一个INSTANCE。- 线程安全：Java 枚举类型天然是线程安全的，因为 Java 在枚举类型初始化时，会确保其在 JVM 中的实例是唯一且线程安全的。
- 防止反射破坏单例：与其他单例模式不同，枚举类型能够自动防止反射破坏单例，因为枚举类型的构造方法是 私有的，且枚举实例的生成过程由 Java 虚拟机控制。
- 防止序列化破坏单例：Java 序列化机制中，枚举实例会被自动处理，避免了通过反序列化重新创建实例的问题。
三、线程安全的单例实现
实现线程安全的单例模式有多种方法：
- 使用
synchronized关键字 - 使用双重检查锁（volatile + synchronized）
- 使用静态内部类
- 使用枚举（Java）
四、单例模式的使用场景
1.系统配置管理器:
public class SystemConfigManager {private static SystemConfigManager instance;private Properties configuration;private SystemConfigManager() {configuration = new Properties();loadConfiguration();}public static synchronized SystemConfigManager getInstance() {if (instance == null) {instance = new SystemConfigManager();}return instance;}private void loadConfiguration() {try (InputStream input = new FileInputStream("config.properties")) {configuration.load(input);} catch (IOException ex) {System.err.println("无法加载配置文件：" + ex.getMessage());}}public String getConfigValue(String key) {return configuration.getProperty(key);}public void setConfigValue(String key, String value) {configuration.setProperty(key, value);saveConfiguration();}private void saveConfiguration() {try (OutputStream output = new FileOutputStream("config.properties")) {configuration.store(output, "系统配置");} catch (IOException ex) {System.err.println("无法保存配置文件：" + ex.getMessage());}}
}
2.日志管理
public class Logger {private static Logger instance;private FileWriter fileWriter;private Logger() {try {fileWriter = new FileWriter("application.log", true);} catch (IOException e) {e.printStackTrace();}}public static synchronized Logger getInstance() {if (instance == null) {instance = new Logger();}return instance;}public void log(String message) {try {fileWriter.write(new Date() + ": " + message + "\n");fileWriter.flush();} catch (IOException e) {e.printStackTrace();}}
}// 使用示例
public class Application {public void performAction() {Logger logger = Logger.getInstance();logger.log("Action performed successfully");}
}
单例模式的典型应用领域
- 资源管理：连接池、缓存
- 全局状态控制：配置管理、系统设置
- 硬件交互：设备管理、外围设备控制
- 日志记录：集中式日志管理
- 服务协调：线程池、任务调度
