设计模式--单例模式

一、单例模式代码实现

public class DatabaseConnection {// 1. 私有静态实例变量private static DatabaseConnection instance;// 2. 私有构造函数，防止外部直接创建实例private DatabaseConnection() {// 初始化数据库连接System.out.println("Database connection initialized.");}// 3. 公共静态方法，提供全局访问点public static DatabaseConnection getInstance() {if (instance == null) {// 双重检查锁定，确保线程安全synchronized (DatabaseConnection.class) {if (instance == null) {instance = new DatabaseConnection();}}}return instance;}// 4. 示例方法，模拟数据库操作public void executeQuery(String query) {System.out.println("Executing query: " + query);}
}

二、日志管理器

场景描述

在一个大型系统中，日志记录是必不可少的。为了避免重复创建日志对象，我们可以使用单例模式来设计一个 日志管理器，统一管理日志的写入和输出。

代码实现

import java.io.FileWriter;
import java.io.IOException;public class Logger {// 1. 私有静态实例变量private static Logger instance;private FileWriter writer;// 2. 私有构造函数，防止外部直接创建实例private Logger() {try {// 初始化日志文件writer = new FileWriter("app.log", true);} catch (IOException e) {e.printStackTrace();}}// 3. 公共静态方法，提供全局访问点public static synchronized Logger getInstance() {if (instance == null) {instance = new Logger();}return instance;}// 4. 日志记录方法public void log(String message) {try {writer.write(message + "\n");writer.flush();} catch (IOException e) {e.printStackTrace();}}// 5. 关闭日志文件public void close() {try {writer.close();} catch (IOException e) {e.printStackTrace();}}
}

使用场景

public class Application {public static void main(String[] args) {// 获取日志管理器的单例实例Logger logger = Logger.getInstance();// 记录日志logger.log("Application started.");logger.log("User logged in: John Doe");// 关闭日志文件logger.close();}
}

会在代码里直接生成一个app.log文件

三、配置管理器

场景描述

在项目中，通常需要读取配置文件（如 config.properties）。为了避免重复加载配置文件，我们可以使用单例模式来设计一个 配置管理器，统一管理配置的读取和访问。

代码实现

import java.util.Properties;
import java.io.FileInputStream;
import java.io.IOException;public class ConfigurationManager {// 1. 私有静态实例变量private static ConfigurationManager instance;private Properties properties;// 2. 私有构造函数，防止外部直接创建实例private ConfigurationManager() {properties = new Properties();try {// 加载配置文件properties.load(new FileInputStream("config.properties"));} catch (IOException e) {e.printStackTrace();}}// 3. 公共静态方法，提供全局访问点public static synchronized ConfigurationManager getInstance() {if (instance == null) {instance = new ConfigurationManager();}return instance;}// 4. 获取配置项public String getProperty(String key) {return properties.getProperty(key);}
}

使用场景

public class Application {public static void main(String[] args) {// 获取配置管理器的单例实例ConfigurationManager configManager = ConfigurationManager.getInstance();// 读取配置项String dbUrl = configManager.getProperty("database.url");String dbUser = configManager.getProperty("database.user");System.out.println("Database URL: " + dbUrl);System.out.println("Database User: " + dbUser);}
}

四、线程池管理器（ThreadPool Manager）

场景描述

在多线程应用中，线程池是管理线程资源的常用方式。为了避免重复创建线程池，我们可以使用单例模式来设计一个 线程池管理器，统一管理线程池的创建和任务分配。

代码实现

import java.util.concurrent.ExecutorService;
import java.util.concurrent.Executors;public class ThreadPoolManager {// 1. 私有静态实例变量private static ThreadPoolManager instance;private ExecutorService threadPool;// 2. 私有构造函数，防止外部直接创建实例private ThreadPoolManager() {// 初始化线程池（固定大小为 10）threadPool = Executors.newFixedThreadPool(10);}// 3. 公共静态方法，提供全局访问点public static synchronized ThreadPoolManager getInstance() {if (instance == null) {instance = new ThreadPoolManager();}return instance;}// 4. 提交任务到线程池public void submitTask(Runnable task) {threadPool.submit(task);}// 5. 关闭线程池public void shutdown() {threadPool.shutdown();}
}

使用场景

public class Application {public static void main(String[] args) {// 获取线程池管理器的单例实例ThreadPoolManager threadPoolManager = ThreadPoolManager.getInstance();// 提交任务到线程池for (int i = 0; i < 20; i++) {threadPoolManager.submitTask(() -> {System.out.println("Task executed by " + Thread.currentThread().getName());});}// 关闭线程池threadPoolManager.shutdown();}
}

五、数据库连接池

场景描述

在高并发应用中，数据库连接池是管理数据库连接资源的常用方式。为了避免重复创建连接池，我们可以使用单例模式来设计一个 数据库连接池管理器，统一管理连接的获取和释放。

代码实现

import java.sql.Connection;
import java.sql.DriverManager;
import java.sql.SQLException;
import java.util.ArrayList;
import java.util.List;public class DatabaseConnectionPool {// 1. 私有静态实例变量private static DatabaseConnectionPool instance;private List<Connection> connectionPool;private static final int POOL_SIZE = 10;// 2. 私有构造函数，防止外部直接创建实例private DatabaseConnectionPool() {connectionPool = new ArrayList<>();try {for (int i = 0; i < POOL_SIZE; i++) {Connection connection = DriverManager.getConnection("jdbc:mysql://localhost:3306/mydb", "user", "password");connectionPool.add(connection);}} catch (SQLException e) {e.printStackTrace();}}// 3. 公共静态方法，提供全局访问点public static synchronized DatabaseConnectionPool getInstance() {if (instance == null) {instance = new DatabaseConnectionPool();}return instance;}// 4. 获取数据库连接public synchronized Connection getConnection() {if (connectionPool.isEmpty()) {throw new RuntimeException("No available connections in the pool.");}return connectionPool.remove(0);}// 5. 释放数据库连接public synchronized void releaseConnection(Connection connection) {connectionPool.add(connection);}
}

使用场景

public class Application {public static void main(String[] args) {// 获取数据库连接池的单例实例DatabaseConnectionPool connectionPool = DatabaseConnectionPool.getInstance();// 获取连接Connection connection = connectionPool.getConnection();// 执行数据库操作try {// 模拟数据库操作System.out.println("Executing query...");} finally {// 释放连接connectionPool.releaseConnection(connection);}}
}

单例模式的核心思想是 确保一个类只有一个实例，并提供全局访问点，从而避免资源浪费和提高性能。