Java 设计模式 | 创建者模式 —— 单例模式

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一、什么是单例模式？

** 单例模式（Singleton Pattern）** 是一种创建型设计模式，其核心是：保证一个类在整个程序中只有一个实例，并提供一个全局访问点获取该实例。

简单理解：

• 无论在代码哪里获取，拿到的都是同一个对象
• 避免频繁创建销毁对象，节省内存、提升性能
• 常用于工具类、配置类、线程池、日志对象、Spring Bean 等

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二、单例模式的核心要点

1. 构造器私有化（private），禁止外部 new
2. 自行创建唯一实例（静态成员变量）
3. 提供一个全局获取实例的方法（public static）

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三、单例模式的五种经典写法

1. 饿汉式（静态常量）—— 最简单、线程安全

特点：类加载就初始化，天生线程安全，但可能浪费内存。

java

public class Singleton {
    // 1. 静态常量，类加载时就创建
    private static final Singleton INSTANCE = new Singleton();

    // 2. 构造器私有化
    private Singleton() {}

    // 3. 全局访问点
    public static Singleton getInstance() {
        return INSTANCE;
    }
}

优点：简单、线程安全、无锁、效率高缺点：不用也会创建，可能造成内存浪费

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2. 懒汉式（线程不安全）—— 用的时候才创建

特点：延迟加载，但多线程下会产生多个实例。

java

public class Singleton {
    private static Singleton instance;

    private Singleton() {}

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

缺点：多线程并发下会产生多个实例，严禁在多线程环境使用

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3. 懒汉式（线程安全，加 synchronized）

在方法上加锁，保证线程安全，但并发效率极低。

java

public class Singleton {
    private static Singleton instance;

    private Singleton() {}

    // 加锁保证线程安全
    public static synchronized Singleton getInstance() {
        if (instance == null) {
            instance = new Singleton();
        }
        return instance;
    }
}

优点：线程安全缺点：每次获取都加锁，并发性能差

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4. 双重检查锁（DCL）—— 推荐使用（最常用）

Double-Check Locking，兼顾线程安全 + 高性能 + 延迟加载。

java

public class Singleton {
    // volatile 禁止指令重排
    private static volatile Singleton instance;

    private Singleton() {}

    public static Singleton getInstance() {
        // 第一次检查：不加锁
        if (instance == null) {
            synchronized (Singleton.class) {
                // 第二次检查：加锁后再判断
                if (instance == null) {
                    instance = new Singleton();
                }
            }
        }
        return instance;
    }
}

优点：

• 线程安全
• 延迟加载
• 高性能（只有第一次会加锁）
• 企业级开发最常用

注意：必须加 volatile，防止指令重排导致空指针。

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5. 静态内部类 —— 优秀、简洁、线程安全

利用类加载机制保证单例，代码极简洁。

java

public class Singleton {
    private Singleton() {}

    // 静态内部类，只有被调用时才加载
    private static class Holder {
        private static final Singleton INSTANCE = new Singleton();
    }

    public static Singleton getInstance() {
        return Holder.INSTANCE;
    }
}

优点：

• 线程安全
• 延迟加载
• 无锁、效率极高
• 代码优雅

推荐程度：极高

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6. 枚举单例 —— 最完美、防反射、防序列化破坏

java

public enum Singleton {
    INSTANCE;

    public void method() {
        // 业务方法
    }
}

使用：

java

Singleton instance = Singleton.INSTANCE;

优点：

• 最简单
• 天生线程安全
• 防反射攻击、防序列化破坏
• 《Effective Java》推荐最佳单例写法

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四、单例模式可能被破坏的情况及防范

1. 反射破坏反射可以强制调用私有构造器，创建多个对象。防范：枚举单例天然防反射。

2. 序列化 / 反序列化破坏反序列化会生成新对象。防范：枚举天然防序列化；普通单例重写 readResolve()。

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五、单例模式的优缺点

优点

• 内存中只有一个实例，节省资源
• 避免频繁创建销毁对象，提升性能
• 全局统一访问，方便管理状态

缺点

• 扩展性差，很难扩展子类
• 违背单一职责原则（既要负责业务，又要保证单例）
• 难以进行单元测试

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六、适用场景

• 配置信息类（全局只加载一次）
• 线程池、连接池、缓存
• 日志工具类
• Spring 中的 Bean（默认单例）
• 对话框、处理器等全局唯一对象

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七、总结（极简记忆）

1. 单例 = 一个类只有一个实例
2. 三要素：私有构造 + 静态实例 + 全局获取方法
3. 常用写法：
   • 饿汉式：简单、无锁、可用
   • 懒汉式：线程不安全，不推荐
   • 双重检查锁（DCL）：企业最常用
   • 静态内部类：优秀推荐
   • 枚举单例：最完美、防破坏