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在Java中，单例类（Singleton Class） 是一种设计模式，用于确保一个类只有一个实例，并提供一个全局访问点来获取该实例。单例模式通常用于管理共享资源（如数据库连接、线程池、配置管理器等），避免重复创建对象，节省系统资源。

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1. 单例模式的核心特点

1. 唯一实例：单例类只能有一个实例。
2. 全局访问点：通过静态方法提供全局访问。
3. 私有构造器：防止外部通过new关键字创建实例。
4. 线程安全：确保在多线程环境下也能正常工作。

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2. 单例模式的实现方式

以下是几种常见的单例模式实现方式：

2.1 饿汉式（Eager Initialization）

• 特点：在类加载时创建实例，线程安全。
• 优点：实现简单，线程安全。
• 缺点：如果实例未被使用，会造成资源浪费。

示例：

public class Singleton {// 在类加载时创建实例private static final Singleton INSTANCE = new Singleton();// 私有构造器private Singleton() {}// 全局访问点public static Singleton getInstance() {return INSTANCE;}
}

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2.2 懒汉式（Lazy Initialization）

• 特点：在第一次调用getInstance()时创建实例。
• 优点：延迟加载，节省资源。
• 缺点：线程不安全，需要额外处理多线程问题。

示例（非线程安全）：

public class Singleton {private static Singleton instance;private Singleton() {}public static Singleton getInstance() {if (instance == null) {instance = new Singleton(); // 非线程安全}return instance;}
}

改进（线程安全）：

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

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2.3 双重检查锁（Double-Checked Locking）

• 特点：在懒汉式的基础上，通过双重检查减少同步开销。
• 优点：延迟加载，线程安全，性能较好。
• 缺点：实现稍复杂。

示例：

public class Singleton {private static volatile Singleton instance;private Singleton() {}public static Singleton getInstance() {if (instance == null) { // 第一次检查synchronized (Singleton.class) {if (instance == null) { // 第二次检查instance = new Singleton();}}}return instance;}
}

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2.4 静态内部类（Static Inner Class）

• 特点：利用类加载机制保证线程安全，同时实现延迟加载。
• 优点：线程安全，延迟加载，实现简单。
• 缺点：无法传递参数。

示例：

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

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2.5 枚举（Enum）

• 特点：利用枚举的特性实现单例，线程安全，防止反射攻击。
• 优点：线程安全，实现简单，防止反射和序列化破坏单例。
• 缺点：不够灵活（无法延迟加载）。

示例：

public enum Singleton {INSTANCE;public void doSomething() {System.out.println("Singleton is working.");}
}

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3. 单例模式的应用场景

1. 资源共享：
   • 例如数据库连接池、线程池等。
2. 配置管理：
   • 例如全局配置管理器。
3. 日志记录：
   • 例如日志记录器。
4. 缓存：
   • 例如全局缓存管理器。

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4. 单例模式的注意事项

1. 线程安全：
   • 确保在多线程环境下单例类的唯一性。
2. 反射攻击：
   • 通过反射可以调用私有构造器创建新实例。枚举单例可以防止反射攻击。
3. 序列化与反序列化：
   • 反序列化时可能会创建新的实例。可以通过实现readResolve()方法解决。
   • 示例：

     protected Object readResolve() {return getInstance();
     }
     

4. 延迟加载：
   • 根据需求选择合适的实现方式（如懒汉式、静态内部类等）。

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5. 单例模式的优缺点

优点：

1. 节省资源：避免重复创建对象。
2. 全局访问：方便共享资源。
3. 线程安全：通过合理实现可以保证线程安全。

缺点：

1. 扩展性差：单例类通常难以扩展。
2. 测试困难：单例类的全局状态可能导致测试困难。
3. 违反单一职责原则：单例类通常承担过多职责。

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6. 总结

单例模式是Java中常用的设计模式，用于确保一个类只有一个实例，并提供全局访问点。根据具体需求，可以选择饿汉式、懒汉式、双重检查锁、静态内部类或枚举等实现方式。在实际开发中，需注意线程安全、反射攻击和序列化等问题。