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单例设计模式（Singleton Pattern）

单例设计模式（Singleton Pattern）是面向对象编程中的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的实例。这种模式在需要控制资源的访问或配置时非常有用，例如数据库连接池、线程池、缓存等场景。

太抽象了
来我们换个说法，当一些资源比较重的时候，我们不希望创建那么多的实例。举个现实的例子，我们有一大堆地方法院；但是最高法院只有一个。为什么？ 因为当所有的事情有分歧的时候，一层层上报，总是需要有一个部门有最终决策权。

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饿汉式

饿汉式是在类加载时就创建好实例，这种方式简单直接，但缺点是即使实例从未被使用过，也会占用内存资源。

public class Singleton {private static Singleton singleton = new Singleton();private Singleton() {}public static Singleton getInstance() {return singleton;}
}

我们通过将Singleton设置为private，使得外部没有办法调用构造方法新建实例；又利用类加载机制，我们将Singleton设置为静态变量，这样的话，类加载的时候，就可以新建一个实例；最后开放一个静态方法getInstance（）返回实例。

懒汉式

懒汉式是在第一次调用 getInstance() 方法时才创建实例，这样可以节省资源，但是如果多线程环境下未加锁可能会导致多个实例被创建。

public class Singleton1 {private static Singleton1 singleton = null;private Singleton1() {}public static Singleton1 getInstance() {if (singleton == null) {singleton = new Singleton1();}return singleton;}
}

我们通过将Singleton设置为private，使得外部没有办法调用构造方法新建实例；然后调用getInstance()的时候触发新建实例的动作，返回实例，但是这个代码在多线程下可能会创建出多个实例。

双重检查锁定

上面的懒汉式单例写入有多线程的安全问题，为了保证线程安全同时避免不必要的同步开销，可以采用双重检查锁定的方式。

public class Singleton1 {private volatile static Singleton1 singleton = null;private Singleton1() {}public static Singleton1 getInstance() {if (singleton == null) {synchronized (Singleton1.class) {if (singleton == null) {singleton = new Singleton1();}}}return singleton;}
}

synchronized这个关键字用来加锁，但是仅仅通过synchronized也不能保证只产生一个实例，为什么呢？
因为第一个 if (singleton == null)后面通过synchronized拿锁，然后有一个线程会拿到锁，另一些在等待锁，如果不写第二个if判断的话，导致第一个拿到锁的执行了创建实例的操作，释放锁。而等待锁的线程就可以拿到锁，导致又创建了新的实例，所以我们要写两个if判断。所以这种创建单例的写法又叫做双重检查锁定。

静态内部类

public class Singleton {private Singleton() {}private static class SingletonHolder {private static final Singleton INSTANCE = new Singleton();}public static Singleton getInstance() {return SingletonHolder.INSTANCE;}
}

利用 Java 的类加载机制，在第一次调用 getInstance() 方法时才会加载静态内部类，从而实现延迟初始化和线程安全。换言之，这种的线程安全是通过类加载机制保证的，我们就不需要再写线程安全控制了。
另外补充private static final Singleton INSTANCE = new Singleton();这个看起来像是饿汉式，但是实际上只有调用getInstance的时候才会创建对象，因为SingletonHolder是在它自己被调用的时候才会触发类加载。所以从创建时机上看，这种是懒汉式一样的。

枚举

枚举天生就是线程安全的，并且可以防止反序列化攻击，因此它是一种非常简洁且推荐的方式来实现单例模式。

public enum Singleton {INSTANCE;// 单例对象的成员变量private String data;// 私有构造函数private Singleton() {this.data = "Initial Data";}// 获取数据的方法public String getData() {return data;}// 设置数据的方法public void setData(String data) {this.data = data;}// 其他方法public void doSomething() {System.out.println("Doing something with data: " + data);}// 主方法用于测试public static void main(String[] args) {// 获取单例实例Singleton singleton = Singleton.INSTANCE;// 使用单例实例的方法System.out.println(singleton.getData()); // 输出: Initial Datasingleton.setData("New Data");System.out.println(singleton.getData()); // 输出: New Datasingleton.doSomething(); // 输出: Doing something with data: New Data}
}

总结

单例模式特点：

1. 单例模式的优点

• 唯一性：确保了类在整个应用程序中只有一个实例。
• 控制资源：对于需要严格控制资源使用的场合非常适合。
• 延迟加载：可以通过某些实现方式（如懒汉式、静态内部类）实现延迟初始化，节省资源。
• 线程安全：通过适当的实现方式可以保证在多线程环境下的安全性。

2. 单例模式的缺点

• 难以测试：单例模式引入了全局状态，这可能使得单元测试变得困难。
• 隐藏依赖关系：因为单例模式通常通过静态方法提供实例，所以依赖关系往往被隐藏起来，不利于依赖注入和代码维护。
• 不适用于分布式系统：在一个分布式的环境中，单例模式无法保证跨进程或跨机器的唯一性。

单例模式应用场景

• 配置管理：如读取配置文件或环境变量。
• 日志记录器：整个应用共享同一个日志记录器实例。
• 工厂类：如工厂模式中的工厂类，确保所有客户端都使用同一个工厂来创建对象。
• 数据库连接池：控制对数据库连接的访问，确保高效利用有限的连接资源。

单例模式是一个简单而强大的设计模式，广泛应用于各种需要确保唯一实例的场景。Spring 中的Bean默认就是单例模式的。