《单例模式的深度解读：实现方式、破坏情况与利弊权衡》

单例模式

一、单例模式的定义

​ 单例模式（Singleton Pattern）是一种常见的软件设计模式，确保一个类只有一个实例存在，并提供一个全局访问点来获取该实例。

二、单例模式的实现方式

​ 1.懒汉式单例

public class LazySingleton {private static LazySingleton instance; // 静态变量存储唯一实例private LazySingleton() { // 私有构造函数，防止外部创建实例System.out.println("懒汉式单例构造函数被调用");}public static LazySingleton getInstance() { // 获取实例的静态方法if (instance == null) { // 如果实例尚未创建instance = new LazySingleton(); // 创建实例System.out.println("懒汉式单例实例首次创建");}return instance; // 返回实例}
}

​ 在懒汉式中，只有在第一次调用 getInstance 方法时才创建实例。

​ 2.饿汉式单例

public class EagerSingleton {private static final EagerSingleton instance = new EagerSingleton(); // 直接创建并初始化唯一实例private EagerSingleton() { // 私有构造函数System.out.println("饿汉式单例构造函数被调用");}public static EagerSingleton getInstance() { // 获取实例的静态方法System.out.println("饿汉式单例实例获取");return instance; }
}

​ 饿汉式在类加载时就创建了实例。

​ 3.双重检验锁（Double Check Lock，DCL）

private volatile static Singleton singleton;  // 使用volatile修饰，保证线程可见性
private Singleton (){}  // 私有构造函数，防止外部直接实例化/*** 获取单例实例的方法* @return 单例对象*/
public static Singleton getInstance() {if (singleton == null) {  // 第一次检查，避免不必要的同步synchronized (Singleton.class) {  // 同步锁，保证线程安全if (singleton == null) {  // 第二次检查，确保在同步块内只创建一次实例singleton = new Singleton();  // 创建单例实例}}}return singleton;  // 返回单例实例
}

​ DCL 模式的突出特点在于，它成功地在确保线程安全的基础上，于多线程环境中依然能够维持出色的性能表现。通过巧妙地进行两次 singleton 是否为 null 的判断，有效地规避了不必要的同步操作所带来的性能损耗。

​ 4.静态内部类

private static class SingletonHolder {  // 静态内部类private static final Singleton INSTANCE = new Singleton();  // 在内部类中创建单例实例
}
private Singleton (){}  // 私有构造函数，防止外部直接实例化/*** 获取单例实例的方法* @return 单例对象*/
public static final Singleton getInstance() {return SingletonHolder.INSTANCE;  // 直接返回静态内部类中的单例实例
}

​ 它专门适用于静态域的场景。巧妙地借助了 Java 的类加载机制，仅在实际需要获取实例时才对静态内部类进行加载，从而顺利实现了延迟初始化的效果，同时也切实保障了线程的安全性。

​ 5.枚举

public enum Singleton {  // 定义枚举类型的单例INSTANCE;  // 唯一的枚举值即单例实例
}

​ 它能够自动支持序列化机制，并且从根本上杜绝了多次实例化的可能性，是一种简洁、高效且极为可靠的单例实现手段。

三、破坏单例的情况及解决方法

1. 反射破坏单例

   • 问题：通过反射可以绕过私有构造函数的限制创建新的实例。
   • 解决：在构造函数中进行判断，如果已经存在实例，抛出异常。

   /*** 四、破坏单例的情况及解决方法*//*** 反射破坏单例的解决示例* 问题：通过反射可以绕过私有构造函数的限制创建新的实例。* 解决：在构造函数中进行判断，如果已经存在实例，抛出异常。*/
   public class SafeSingleton {private static SafeSingleton instance;  // 静态变量存储唯一实例/*** 私有构造函数* 在构造函数中检查是否已有实例存在，若有则抛出运行时异常*/private SafeSingleton() {if (instance!= null) {throw new RuntimeException("单例模式，禁止通过反射创建多个实例！");}}/*** 获取单例实例的方法* 如果实例不存在则创建，存在则直接返回* @return 单例对象*/public static SafeSingleton getInstance() {if (instance == null) {instance = new SafeSingleton();}return instance;}
   }/*** 序列化和反序列化破坏单例的解决示例* 问题：序列化后再反序列化可能创建新的实例。* 解决：实现 readResolve 方法返回已有的实例。*/
   public class SerializableSingleton implements Serializable {private static final SerializableSingleton instance = new SerializableSingleton();  // 初始化唯一实例/*** 私有构造函数*/private SerializableSingleton() {}/*** 获取单例实例的方法* @return 单例对象*/public static SerializableSingleton getInstance() {return instance;}/*** 在反序列化时调用，返回已有的实例* @return 已有的单例实例*/private Object readResolve() {return instance;}
   }/*** 克隆破坏单例的解决示例* 问题：若单例类实现了 Cloneable 接口，通过克隆可能创建新实例。* 解决：在 clone 方法中抛出异常或返回已有实例。*/
   public class CloneableSingleton implements Cloneable {private static CloneableSingleton instance = new CloneableSingleton();  // 存储唯一实例/*** 私有构造函数*/private CloneableSingleton() {}/*** 获取单例实例的方法* @return 单例对象*/public static CloneableSingleton getInstance() {return instance;}/*** 重写 clone 方法，抛出不支持克隆的异常* @return 抛出异常，禁止克隆* @throws CloneNotSupportedException 不支持克隆异常*/@Overrideprotected Object clone() throws CloneNotSupportedException {throw new CloneNotSupportedException("单例模式，禁止克隆！");}
   }
   

   四、总结

   适用场景：
   单例模式适用于在任何情况下都绝对只需要一个实例的情况，例如 ServletContext、ServletConfig、ApplicationContext、DBPool、ThreadPool 等。

   优点：

   1. 在内存中仅存在一个实例，显著降低了内存开销。
   2. 能够有效避免对资源的多重占用，保证资源的合理分配和使用。
   3. 设定了全局访问点，从而实现了对访问的严格管控。

   缺点：

   1. 没有提供接口，导致扩展较为困难。
   2. 若要对单例对象进行扩展，只能通过修改代码来实现，缺乏其他灵活的途径。

   总的来说，单例模式在特定场景下能够发挥其优势，有效地管理资源和控制访问，但在扩展性方面存在一定的局限性。在实际应用中，需要根据具体需求权衡其利弊，选择是否使用单例模式。