深入理解java设计模式之单例模式

概述

单例模式是什么

定义：单例模式确保一个类在应用程序中只有一个对象实例存在，并提供一种全局访问该实例的方式。

单例模式的使用场景

这种模式适用于需要共享资源或需要集中管理某些状态或配置的场景。通过使用单例模式，可以确保全局只有一个实例，避免了多个实例导致的资源浪费或状态不一致的问题。

同时，其他部分的代码只能通过单例类提供的公共访问点来获取该实例，从而限制了对实例的直接访问。

单例模式的优缺点

优点：

1. 确保只有一个实例：单例模式确保在整个应用程序中只有一个实例存在，这对于某些资源的共享和状态的集中管理非常有用。
2. 全局访问点：通过单例模式，可以提供一个公共访问点，让其他部分的代码可以方便地访问该实例。
3. 节省资源：由于只有一个实例存在，可以避免重复创建对象，从而节省了系统资源的使用。
4. 状态一致性：单例模式可以确保实例的状态始终保持一致，避免了多个实例之间的状态冲突。

缺点：

1. 难以扩展：由于单例模式只允许存在一个实例，因此在需要扩展功能时可能会遇到困难。如果需要更多的实例或者多态的行为，单例模式可能不是最佳选择。
2. 全局状态：由于单例模式的实例是全局可访问的，可能会导致全局状态的增加，增加了代码的复杂性和维护难度。
3. 对象生命周期管理：单例模式的实例在整个应用程序的生命周期中存在，可能会导致对象的生命周期变得复杂，增加了对对象生命周期管理的要求。

单例模式的几种实现方式

饿汉式

饿汉式顾名思义，饥不择食，在类加载时就创建了单例对象，并在整个生命周期中保持不变。饿汉式的特点是在类加载时就创建实例，因此它是线程安全的。

public class Singleton {
   
    private static final Singleton INSTANCE = new Singleton();

    private Singleton() {
   
        // 私有的构造方法，防止外部实例化
    }

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

在饿汉式单例模式中，INSTANCE是一个私有静态常量，它在类加载时就被实例化，并且保持为单例对象。私有的构造方法确保其他类无法直接实例化该类。

通过getInstance()方法，可以获取到该单例对象的实例。由于在类加载时就创建了实例，因此在多线程环境下也不会有线程安全问题。

饿汉式单例模式的优点是实现简单，线程安全，能够保证在任何时候都只有一个实例存在。
但它也有一些缺点，例如在应用启动时就创建实例，可能会增加启动时间；如果该单例对象的创建过程比较耗时，对应用的性能有一定影响。另外，由于实例是在类加载时创建的，无法实现按需创建实例的延迟加载。因此，饿汉式适用于实例创建耗时较少且在应用启动时就需要使用的情况。

懒汉式

懒汉式是单例模式的另一种实现方式，它延迟实例化对象，直到第一次使用时才进行创建。懒汉式的特点是在需要时才创建实例，但需要注意线程安全的处理。

public class Singleton {
   
    private static Singleton INSTANCE;

    private Singleton() {
   
        // 私有的构造方法，防止外部实例化
    }
	//同步方法
    public static synchronized Singleton getInstance() {
   
        if (INSTANCE == null) {
   
            INSTANCE = new Singleton();
        }
        return INSTANCE;
    }
	//同步代码块
	public static Singleton getInstance() {
   
        if (INSTANCE == null) {
   
            synchronized (Singleton.class) {
   
                INSTANCE = new Singleton();
            }
        }
        return INSTANCE;
    }
}

INSTANCE是一个私有静态变量，它在第一次调用getInstance()方法时进行实例化。通过synchronized关键字，确保在多线程环境下只有一个线程可以进行实例化操作，从而保证线程安全性。

懒汉式单例模式的优点是在需要时才创建实例，避免了在应用启动时就进行实例化的开销。然而，需要注意线程安全性的处理，以及对性能的影响。懒汉式适用于实例创建较为耗时且在应用中可能不一定会被使用到的情况。

双重检查锁定机制

懒汉式单例模式引入了同步锁的机制，可能会在多线程环境下影响性能。每次调用getInstance()方法时都需要获取锁，即使实例已经被创建。这种同步的开销在高并发场景下可能会成为性能瓶颈。

为了解决性能问题，可以使用双重检查锁定机制，避免每次调用getInstance()都进行同步操作。

public class Singleton {
   
    private static volatile Singleton INSTANCE;