单例模式深度解析：从原理到高阶应用实践

第一章：单例模式基础理论

1.1 设计模式概述

设计模式是软件工程中解决常见问题的经典方案，是前辈开发者经验的结晶。1994年由GoF提出的23种设计模式分为三大类：

• 创建型模式（5种）
• 结构型模式（7种）
• 行为型模式（11种）

单例模式（Singleton Pattern）作为创建型模式中最基础也是最常被讨论的模式，其核心价值在于确保全局唯一性和受控访问。

1.2 单例模式定义

官方定义：保证一个类仅有一个实例，并提供一个访问它的全局访问点。

核心要素：

1. 私有静态实例变量
2. 私有构造方法
3. 公共静态访问方法
4. （可选）线程安全措施
5. （可选）防反射/序列化攻击机制

UML类图：

+------------------+
|   Singleton      |
+------------------+
| - instance: Singleton |
+------------------+
| - Singleton()    |
| + getInstance(): Singleton |
+------------------+

1.3 应用场景分析

适合场景包括：

• 配置信息管理器
• 数据库连接池
• 日志记录器
• 硬件接口访问
• 应用级缓存系统
• 线程池管理
• 状态管理服务

典型特征：

• 需要严格控制资源访问
• 频繁创建销毁成本高
• 需要全局状态协调
• 共享资源配置管理

第二章：经典实现方式剖析

2.1 饿汉式（Eager Initialization）

public class EagerSingleton {
   
    private static final EagerSingleton instance = new EagerSingleton();
    
    private EagerSingleton() {
   
        // 防止反射攻击
        if (instance != null) {
   
            throw new RuntimeException("Use getInstance() method to get the single instance.");
        }
    }
    
    public static EagerSingleton getInstance() {
   
        return instance;
    }
}

特点：

• 类加载时立即初始化
• 线程安全由JVM类加载机制保证
• 无法延迟加载
• 可能造成资源浪费

类加载时机：

1. new关键字实例化
2. 反射调用
3. 子类被初始化
4. 主类被指定为程序入口

2.2 懒汉式（Lazy Initialization）

基础版：

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

优化方向：

• 减少同步锁粒度
• 使用双重检查锁定
• 避免指令重排序

2.3 双重检查锁（Double-Checked Locking）

public class DCLSingleton