单例模式（Singleton Pattern）是一种创建型设计模式，其核心目标是确保一个类在任何情况下都只有一个实例对象，并提供全局访问点以共享该实例。以下是单例模式的详细解析：
一、核心特点
- 唯一实例：类自身负责创建并维护唯一实例，禁止外部通过构造函数直接实例化。
- 全局访问：通过静态方法（如getInstance()）提供对唯一实例的访问。
- 延迟初始化（可选）：实例可在首次使用时创建（懒汉式），或在类加载时创建（饿汉式）。
二、实现方式对比
单例模式有多种实现方式，各有优缺点，需根据场景选择：
| 实现方式 | 代码示例 | 优点 |
|---|---|---|
| 饿汉式（静态常量） | public class Singleton { private static final Singleton INSTANCE = new Singleton(); private Singleton() {} public static Singleton getInstance() { return INSTANCE; } } | 线程安全（类加载时初始化）、实现简单。 |
| 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; } } | 延迟加载，节省内存。 |
| 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; } } | 线程安全。 |
| 双重检查锁定（DCL） | public class Singleton { 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; } } | 线程安全、延迟加载、高效（仅首次同步）。 |
| 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; } } | 线程安全（类加载机制保证）、延迟加载、无锁高效。 |
| 枚举实现 | public enum Singleton { INSTANCE; public void doSomething() {} } | 线程安全、防止反射攻击、自动支持序列化、实现简单。 |
三、推荐实现方式
1.枚举实现
- 最佳选择：Java中枚举天然支持单例，可防止反射攻击和序列化问题，代码简洁。
- 适用场景：无需延迟初始化，且希望代码健壮性高的场景。
2.静态内部类
- 平衡之选：结合了线程安全、延迟加载和高效性，是懒汉式的优化实现。
- 适用场景：需要延迟初始化且追求性能的场景。
3.双重检查锁定（DCL）
- 高性能需求：在需要延迟加载且对性能敏感的场景下使用，但需注意volatile关键字的使用。
四、应用场景
- 资源管理：如数据库连接池、线程池、文件系统等，需避免重复创建和销毁资源。
- 配置管理：全局配置对象需唯一，确保配置一致性。
- 日志记录：单例日志器可集中管理日志输出，避免多实例混乱。
- 硬件控制：如打印机管理器、传感器控制器等，需单一控制逻辑。
五、注意事项
- 线程安全：多线程环境下需确保单例的唯一性（推荐使用枚举、静态内部类或DCL）。
- 反射攻击：通过反射可破坏单例（枚举实现可避免此问题）。
- 序列化问题：单例类实现Serializable接口时，需重写readResolve()方法防止反序列化创建新实例。
- 分布式系统：单例模式仅保证单个JVM内的唯一性，分布式环境下需结合其他机制（如分布式锁）。
总结
单例模式通过控制实例的创建和访问，有效降低了系统开销，确保了资源的高效利用。在实际开发中，应根据具体需求（如线程安全、延迟加载、性能等）选择合适的实现方式。枚举实现因其简洁性和健壮性，通常是Java中的首选方案；若需延迟加载，静态内部类是更灵活的选择。
