创建型-单例模式

概述

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。

适用场景

• 需要频繁创建和销毁的对象
• 创建对象耗时过多或耗费资源过多
• 工具类对象、频繁访问数据库或文件的对象

实现方式

1. 饿汉式（静态常量）

public class Singleton {
    // 类加载时就初始化
    private static final Singleton INSTANCE = new Singleton();
    
    private Singleton() {}
    
    public static Singleton getInstance() {
        return INSTANCE;
    }
}

优点：简单，线程安全
缺点：类加载时就创建，可能造成资源浪费

2. 饿汉式（静态代码块）

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

3. 懒汉式（线程不安全）

public class Singleton {
    private static Singleton instance;
    
    private Singleton() {}
    
    public static Singleton getInstance() {
        if (instance == null) {
            instance = new Singleton();
        }
        return instance;
    }
}

缺点：多线程环境下不安全

4. 懒汉式（同步方法）

public class Singleton {
    private static Singleton instance;
    
    private Singleton() {}
    
    public static synchronized Singleton getInstance() {
        if (instance == null) {
            instance = new Singleton();
        }
        return instance;
    }
}

缺点：每次获取都要同步，效率低

5. 双重检查锁（DCL）

public class Singleton {
    // volatile 防止指令重排
    private static volatile Singleton instance;
    
    private Singleton() {}
    
    public static Singleton getInstance() {
        if (instance == null) {
            synchronized (Singleton.class) {
                if (instance == null) {
                    instance = new Singleton();
                }
            }
        }
        return instance;
    }
}

推荐：线程安全，延迟加载，效率高

6. 静态内部类

public class Singleton {
    private Singleton() {}
    
    // 静态内部类在使用时才加载
    private static class SingletonHolder {
        private static final Singleton INSTANCE = new Singleton();
    }
    
    public static Singleton getInstance() {
        return SingletonHolder.INSTANCE;
    }
}

推荐：利用类加载机制保证线程安全，延迟加载

7. 枚举（最佳实践）

public enum Singleton {
    INSTANCE;
    
    public void doSomething() {
        System.out.println("Singleton method");
    }
}

// 使用
Singleton.INSTANCE.doSomething();

最推荐：简洁，线程安全，防止反序列化创建新实例

防止反射攻击

public class Singleton {
    private static volatile Singleton instance;
    
    private Singleton() {
        // 防止反射创建新实例
        if (instance != null) {
            throw new RuntimeException("Use getInstance() method");
        }
    }
    
    public static Singleton getInstance() {
        if (instance == null) {
            synchronized (Singleton.class) {
                if (instance == null) {
                    instance = new Singleton();
                }
            }
        }
        return instance;
    }
}

防止序列化破坏

public class Singleton implements Serializable {
    private static final long serialVersionUID = 1L;
    private static volatile Singleton instance;
    
    private Singleton() {}
    
    public static Singleton getInstance() {
        if (instance == null) {
            synchronized (Singleton.class) {
                if (instance == null) {
                    instance = new Singleton();
                }
            }
        }
        return instance;
    }
    
    // 反序列化时调用，返回已有实例
    protected Object readResolve() {
        return getInstance();
    }
}

类图

JDK 中的应用

• java.lang.Runtime - 饿汉式
• java.awt.Desktop - 懒汉式

总结

实现方式	线程安全	延迟加载	防反射	防序列化
饿汉式	✅	❌	❌	❌
懒汉式（同步）	✅	✅	❌	❌
双重检查锁	✅	✅	❌	❌
静态内部类	✅	✅	❌	❌
枚举	✅	❌	✅	✅

推荐使用枚举或静态内部类实现单例模式。