单例模式 (Singleton Pattern)

确保一个类只有一个实例，并提供一个全局访问点

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一、模式概述

1.1 定义

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唯一实例。

1.2 适用场景

• 需要频繁创建和销毁的对象
• 需要控制资源访问，如数据库连接池、线程池
• 需要全局配置信息的类
• 需要频繁访问的共享资源

1.3 优缺点

优点	缺点
内存中只有一个实例，减少内存开销	违反单一职责原则，一个类负责创建和管理实例
避免频繁创建和销毁对象，提高性能	多线程环境下需要考虑线程安全问题
全局访问点，方便管理	扩展困难，单例类通常难以继承

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二、实现方式

2.1 懒汉模式（线程不安全）

public class SingletonDemo1 {
    // 懒汉模式，线程不安全
    private static SingletonDemo1 instance;
    
    public static SingletonDemo1 getInstance() {
        if (instance == null) {
            instance = new SingletonDemo1();
        }
        return instance;
    }
}

特点：

• 延迟加载，第一次使用时才创建实例
• 线程不安全，多线程环境下可能创建多个实例
• 适用于单线程环境

2.2 懒汉模式（线程安全）

public class SingletonDemo2 {
    // 懒汉模式，线程安全
    private static SingletonDemo2 instance;
    
    public static synchronized SingletonDemo2 getInstance() {
        if (instance == null) {
            instance = new SingletonDemo2();
        }
        return instance;
    }
}

特点：

• 通过 synchronized 关键字保证线程安全
• 每次获取实例都需要同步，性能较低
• 适用于多线程环境，但性能要求不高

2.3 饿汉模式

public class SingletonDemo3 {
    // 饿汉模式
    private static SingletonDemo3 instance = new SingletonDemo3();
    
    public static SingletonDemo3 getInstance() {
        return instance;
    }
}

特点：

• 类加载时就创建实例
• 线程安全，无需同步
• 可能浪费内存（实例未被使用）

2.4 双重检查锁定（DCL）

public class SingletonDemo4 {
    // 双重检查锁定
    private volatile static SingletonDemo4 instance;
    
    public static SingletonDemo4 getInstance() {
        if (instance == null) {
            synchronized (SingletonDemo4.class) {
                if (instance == null) {
                    instance = new SingletonDemo4();
                }
            }
        }
        return instance;
    }
}

特点：

• 延迟加载，线程安全
• 使用 volatile 关键字防止指令重排序
• 第一次创建实例时需要同步，后续无需同步
• 适用于多线程环境，性能要求高

2.5 静态内部类

public class SingletonDemo5 {
    // 静态内部类
    private static class SingletonHolder {
        private static final SingletonDemo5 INSTANCE = new SingletonDemo5();
    }
    
    public static SingletonDemo5 getInstance() {
        return SingletonHolder.INSTANCE;
    }
}

特点：

• 延迟加载，线程安全
• 利用类加载机制保证线程安全
• 无需同步，性能最优
• 推荐使用的方式

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三、实现对比

实现方式	线程安全	延迟加载	性能	推荐度
懒汉（线程不安全）	❌	✅	高	⭐
懒汉（线程安全）	✅	✅	低	⭐⭐
饿汉	✅	❌	高	⭐⭐⭐
双重检查锁定	✅	✅	高	⭐⭐⭐⭐
静态内部类	✅	✅	高	⭐⭐⭐⭐⭐

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四、注意事项

1. 反射攻击：可以通过反射调用私有构造函数创建多个实例
2. 序列化问题：反序列化时会创建新实例，需要实现 readResolve() 方法
3. 克隆问题：如果实现了 Cloneable 接口，需要重写 clone() 方法

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五、相关文档

• 代码指南