单例模式：确保唯一实例的设计模式
一、模式核心：保证类仅有一个实例并提供全局访问点
在软件开发中，有些类需要确保只有一个实例（如系统配置类、日志管理器），避免因多个实例导致状态混乱或资源浪费。
单例模式（Singleton Pattern） 通过私有化构造方法、持有唯一实例引用、提供静态访问接口，确保一个类在全局范围内只有一个实例，并提供统一的访问入口。核心解决：
- 实例唯一性：避免创建多个实例消耗资源（如数据库连接池、线程池）。
- 全局可访问性：为全局提供一个访问点，简化客户端调用。
- 延迟初始化：支持实例的延迟加载（按需创建），提升系统性能。
核心思想与 UML 类图
单例模式的核心是私有化构造方法，并通过静态方法返回唯一实例。常见实现方式包括：
- 饿汉式（类加载时立即创建实例）
- 懒汉式（第一次调用时创建实例，需处理线程安全）
二、核心实现：三种经典单例模式
1. 饿汉式单例（线程安全，类加载时创建实例）
public class EagerSingleton { // 类加载时立即创建实例（静态变量初始化） private static final EagerSingleton instance = new EagerSingleton(); // 私有化构造方法，防止外部实例化 private EagerSingleton() { System.out.println("创建饿汉式单例实例"); } // 公共访问方法，直接返回实例 public static EagerSingleton getInstance() { return instance; }
}
特点：
- 优点：简单可靠，类加载时完成初始化，天然线程安全。
- 缺点：无论是否使用都会创建实例，可能浪费内存（适用于实例创建成本低的场景）。
2. 懒汉式单例（线程不安全，延迟创建实例）
public class LazySingleton { private static LazySingleton instance; private LazySingleton() { System.out.println("创建懒汉式单例实例"); } // 未加锁，多线程环境可能创建多个实例 public static LazySingleton getInstance() { if (instance == null) { instance = new LazySingleton(); } return instance; }
}
特点：
- 优点：延迟加载，节省内存。
- 缺点：多线程环境下不安全，可能出现多个实例（需改进为线程安全版本）。
3. 线程安全的懒汉式（双重检查锁定，DCL）
public class ThreadSafeSingleton { private static volatile ThreadSafeSingleton instance; // volatile 禁止指令重排 private ThreadSafeSingleton() { System.out.println("创建线程安全懒汉式单例实例"); } public static ThreadSafeSingleton getInstance() { // 第一次检查：实例是否已创建 if (instance == null) { synchronized (ThreadSafeSingleton.class) { // 同步块，保证线程安全 // 第二次检查：防止多个线程同时通过第一次检查 if (instance == null) { instance = new ThreadSafeSingleton(); } } } return instance; }
}
关键细节：
volatile关键字：确保instance的可见性和禁止指令重排，避免初始化未完成时被其他线程访问。- 双重检查（Double-Check Locking）：减少同步块的竞争，提升性能。
三、进阶：使用枚举实现单例（推荐方式）
Java 枚举天然支持单例模式，且简洁可靠，自动处理序列化和反射攻击问题。
public enum EnumSingleton { INSTANCE; // 唯一实例 // 附加方法示例 public void doSomething() { System.out.println("枚举单例执行操作"); }
}
调用方式：
EnumSingleton.INSTANCE.doSomething(); // 直接通过枚举成员访问
优点：
- 简洁高效，无需手动处理线程安全和序列化问题。
- 防止通过反射创建新实例（
Enum类禁止反射攻击）。
四、框架与源码中的单例实践
1. Spring 框架中的单例 Bean
Spring 默认创建的 Bean 是单例的，通过 BeanFactory 管理实例的唯一性。
@Service
public class UserService { // Spring 自动创建单例实例
}
2. Log4j 日志管理器
Log4j 的 Logger 类使用单例模式，确保每个类对应的日志记录器唯一。
public class App { private static final Logger logger = Logger.getLogger(App.class); public static void main(String[] args) { logger.info("单例日志记录器"); }
}
五、避坑指南：正确使用单例模式的 4 个要点
1. 处理序列化与反序列化攻击
若单例类实现了 Serializable 接口，需添加 readResolve() 方法防止反序列化创建新实例：
protected Object readResolve() { return instance; // 返回现有实例，避免创建新对象
}
2. 防止反射攻击
通过在构造方法中添加校验，禁止通过反射创建多个实例：
private Singleton() { if (instance != null) { throw new IllegalStateException("单例实例已存在"); } // 初始化逻辑
}
3. 避免单例持有长生命周期对象
单例若持有大对象或上下文（如 ApplicationContext），可能导致内存泄漏，需及时释放资源。
4. 谨慎使用延迟加载
懒汉式单例需确保线程安全，否则可能引发 bug；若实例创建成本低，优先使用饿汉式或枚举式。
六、总结：何时该用单例模式？
| 适用场景 | 核心特征 | 典型案例 |
|---|---|---|
| 全局唯一配置 | 配置信息需要全局共享且唯一 | 系统配置类（ConfigManager） |
| 资源池管理 | 控制资源（如数据库连接）的创建数量 | 数据库连接池、线程池 |
| 日志记录器 | 全局共享日志实例 | Log4j、Logback |
| 避免重复初始化 | 初始化成本高，需保证仅执行一次 | 重量级对象（如缓存管理器） |
单例模式通过严格控制实例数量，实现了全局状态的统一管理。下一篇我们将探讨建造者模式，解析如何分步构建复杂对象，敬请期待！
扩展思考：单例模式的缺点
- 测试困难：单例与测试框架（如 JUnit）的依赖注入冲突，需通过模拟或反射绕过。
- 违背单一职责原则：单例可能承担业务逻辑与实例管理双重职责，建议将实例管理抽象为独立工厂。