设计模式详解---单例模式

1. 设计模式详解

单例模式是一种创建对象的设计模式，它确保一个类只有一个实例，并提供全局访问点以获取该实例。

在单例模式中，类负责创建自己的唯一实例，并确保任何其他对象只能访问该实例。这对于需要共享状态或资源的情况非常有用，例如数据库连接，日志记录器或线程池。

单例模式的主要特点包括：

私有构造函数：单例类的构造函数被声明为私有，这样其他类无法直接实例化该类。
静态实例变量：单例类内部维护一个静态实例变量，用于保持对单例实例的引用。
静态获取方法：单例类提供一个静态方法，以便其他类可以通过该方法获取单例实例。通常，该方法在首次调用时会创建单例实例，并在后续调用时返回该实例。

2.单例模式代码

单例模式实现代码很简单：

/**
 * @Author: stukk
 * @Description: 单例模式
 * @DateTime: 2023-12-17 22:14
 **/
public class Singleton {
    private static Singleton singleton;
    private Singleton(){}

    public static Singleton getInstance() {
        if(singleton == null){
            singleton = new Singleton();
        }
        return singleton;
    }
    public void showMessage(){
        System.out.println("我是单例模式");
    }
}

/**
 * @Author: stukk
 * @Description: 客户端
 * @DateTime: 2023-12-17 22:16
 **/
public class SingletonMode {
    public static void main(String[] args) {
        Singleton singleton = Singleton.getInstance();
        singleton.showMessage();
    }
}

3. 单例模式的多种实现方式

单例模式有多种形式，每种形式都在实现单例模式的基本原则上略有不同。

3.1. 懒汉式单例模式（Lazy Initialization）:

也就是上面展示的代码

特点：在首次调用获取实例的方法时才创建单例实例

优点：延迟实例化，节省资源

缺点：需要考虑线程安全

线程安全版本：

public class LazySingleton {
    private static LazySingleton singleton;
    private LazySingleton(){}

    public static synchronized LazySingleton getInstance() {
        if(singleton == null){
            singleton = new LazySingleton();
        }
        return singleton;
}

3.2. 饿汉式单例模式（Eager Initialization）:

特点：在类加载的时候就创建单例实例

优点：简单直接、线程安全

缺点：加载的时候就实例化，可能会实例到不需要使用的类，浪费资源

代码：

/**
 * @Author: stukk
 * @Description: 饿汉式单例模式
 * @DateTime: 2023-12-17 22:31
 **/
public class EagerSingleton {
    private EagerSingleton(){}
    private static EagerSingleton singleton = new EagerSingleton();
    public static EagerSingleton getInstance(){
        return singleton;
    }

    public void showMessage(){
        System.out.println("我是饿汉单例模式");
    }
}

3.3.双重检查锁单例模式（DCL——Double-Checked-Locking）

特点：结合了懒汉式与同步锁机制，在首次调用获取实例的方法式进行双重检查，提高性能。

优点：延迟实例化且线程安全，性能相对较高

缺点：在某些情况下可能还是会出错，比如多线程环境下的指令重排序，会导致不正确的结果。

示例代码：

/**
 * @Author: stukk
 * @Description: 双重检查锁单例模式
 * @DateTime: 2023-12-17 22:41
 **/
public class DCLSingleton {
    private DCLSingleton(){}
    private volatile static DCLSingleton dclSingleton;

    public static DCLSingleton getInstance(){
        if(dclSingleton == null){
            synchronized (DCLSingleton.class){
                if(dclSingleton == null){
                    dclSingleton = new DCLSingleton();
                }
            }
        }
        return dclSingleton;
    }
    public void showMessage(){
        System.out.println("我是双重校验锁单例模式");
    }
}

3.4. 枚举单例模式（Enum）

特点：使用枚举类实现单例，枚举类保证只有一个实例。

优点：简单、线程安全、防止反射和序列化攻击。

示例代码：（这里以计数器为例子）

/**
 * @Author: stukk
 * @Description: 使用枚举实现
 * @DateTime: 2023-12-17 22:46
 **/
public enum EnumSingleton {
    INSTANCE;
//    假设是个计数器
    private int counter;

//    私有构造函数
    private EnumSingleton(){
        counter = 0;
    }

//    获取计数器的值
    public int getCounter(){
        return counter;
    }

//    计数器++
    public void addCounter(){
        counter ++;
    }

//    其他 操作
    public void showMessage(){
        System.out.println("我是枚举单例模式,此时计数器值为："+getCounter());
    }
}

/**
 * @Author: stukk
 * @Description: 客户端
 * @DateTime: 2023-12-17 22:16
 **/
public class SingletonMode {
    public static void main(String[] args) {
        EnumSingleton singleton = EnumSingleton.INSTANCE;
        singleton.showMessage();
        singleton.addCounter();
        singleton.showMessage();

    }
}

枚举单例模式的使用非常简单，只需要使用枚举类的名称后跟 .INSTANCE 即可获取到单例实例，无需担心线程安全性或其他实现细节。