Java单例模式详解

单例模式详解

一、单例模式概述

单例模式(Singleton Pattern)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。

核心特点

• 唯一实例：保证一个类只有一个实例存在
• 全局访问：提供统一的访问入口
• 延迟初始化：通常采用懒加载方式创建实例
• 线程安全：需要考虑多线程环境下的安全性

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;}
}

缺点：多线程环境下可能创建多个实例

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;}
}

缺点：每次获取实例都要同步，性能较差

3. 双重检查锁定（DCL）

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

特点：

• volatile关键字防止指令重排序
• 第一次检查避免不必要的同步
• 第二次检查确保只创建一个实例

4. 静态内部类实现

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

优点：

• 线程安全
• 延迟加载
• 实现简单

5. 枚举实现（推荐）

public enum Singleton {INSTANCE;public void doSomething() {// 业务方法}
}

优势：

• 绝对防止多次实例化
• 自动支持序列化机制
• 线程安全
• 代码简洁

三、单例模式的应用场景

1. 配置管理类

public class AppConfig {private static AppConfig instance;private Properties configs;private AppConfig() {// 初始化加载配置configs = new Properties();try (InputStream is = getClass().getResourceAsStream("/config.properties")) {configs.load(is);} catch (IOException e) {throw new RuntimeException("加载配置文件失败", e);}}public static synchronized AppConfig getInstance() {if (instance == null) {instance = new AppConfig();}return instance;}public String getConfig(String key) {return configs.getProperty(key);}
}

使用场景：

• 全局配置信息管理
• 避免重复加载配置文件
• 统一配置访问入口

2. 数据库连接池

public class ConnectionPool {private static ConnectionPool instance;private List<Connection> pool;private ConnectionPool() {// 初始化连接池pool = new ArrayList<>();for (int i = 0; i < 10; i++) {pool.add(createConnection());}}public static ConnectionPool getInstance() {if (instance == null) {synchronized (ConnectionPool.class) {if (instance == null) {instance = new ConnectionPool();}}}return instance;}public Connection getConnection() {// 从池中获取连接}public void releaseConnection(Connection conn) {// 释放连接回池}
}

优势：

• 避免频繁创建连接开销
• 统一管理数据库连接
• 控制连接数量

四、单例模式的注意事项

1. 序列化问题

   • 实现Serializable接口时需要添加readResolve()方法

   • 防止反序列化时创建新实例

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

2. 反射攻击防护

   • 防止通过反射调用私有构造方法

   • 可以在构造方法中添加检查

     private Singleton() {
     if (instance != null) {
     throw new IllegalStateException(“单例实例已存在”);
     }
     }

五、总结

单例模式是最常用的设计模式之一，适用于需要全局唯一访问点的场景。在选择实现方式时：

• Java 5+环境：优先使用枚举实现
• 需要延迟加载：考虑静态内部类方式
• 性能敏感场景：使用双重检查锁定
• 简单场景：可以使用同步方法实现

正确使用单例模式可以：

• 减少系统资源消耗
• 提供一致的访问入口
• 简化对象管理
• 避免状态不一致问题