一、定义
单例模式是一种创建型设计模式，它确保一个类只有一个实例，并提供全局访问点来访问该实例。
在单例模式中，类的构造函数被私有化，从而禁止外部直接实例化该类。通过一个静态方法或静态变量来控制类的实例化过程，并返回同一个实例。
单例模式的特点包括：
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单一实例：单例模式确保一个类只有一个实例存在，无论在何处访问该类，都只能获得同一个实例。
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全局访问点：单例模式提供了一个全局访问点，使得其他类可以方便地访问该实例。
-
延迟实例化：单例模式可以实现延迟实例化，即在第一次使用时才创建实例，提高了系统的性能和资源利用率。
-
线程安全：在多线程环境下，单例模式可以确保实例的唯一性和线程安全性。
常见的单例模式实现方式包括：
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饿汉式：在类加载时就创建实例，并通过静态方法返回实例。线程安全，但可能导致资源浪费。
-
懒汉式：在第一次使用时才创建实例，并通过静态方法返回实例。需要考虑线程安全性，可以使用双重检查锁定等方式来保证线程安全。
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静态内部类：使用静态内部类来持有实例，在第一次使用时才创建实例。线程安全，且实现简单。
-
枚举类：利用枚举类的特性，保证实例的唯一性和线程安全性。实现简单，且可以防止反射和序列化等攻击。
单例模式在需要确保类只有一个实例且全局可访问时非常有用，例如数据库连接池、线程池、配置信息等。但过度使用单例模式可能导致代码的耦合性增加和测试困难，因此需要谨慎使用。
二、Java示例
- 饿汉式单例模式：
public class Singleton {
private static Singleton instance = new Singleton();
private Singleton() {
// 私有构造函数，防止外部实例化
}
public static Singleton getInstance() {
return instance;
}
// 其他业务方法
public void doSomething() {
// ...
}
}
- 懒汉式单例模式：
public class Singleton {
private static Singleton instance;
private Singleton() {
// 私有构造函数，防止外部实例化
}
public static synchronized Singleton getInstance() {
if (instance == null) {
instance = new Singleton();
}
return instance;
}
// 其他业务方法
public void doSomething() {
// ...
}
}
- 静态内部类单例模式：
public class Singleton {
private Singleton() {
// 私有构造函数，防止外部实例化
}
private static class SingletonHolder {
private static final Singleton instance = new Singleton();
}
public static Singleton getInstance() {
return SingletonHolder.instance;
}
// 其他业务方法
public void doSomething() {
// ...
}
}
- 枚举类单例模式：
public enum Singleton {
INSTANCE;
// 其他业务方法
public void doSomething() {
// ...
}
}
三、优点
单例模式的优点包括：
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确保唯一实例：单例模式确保一个类只有一个实例存在，避免了多个实例的创建和资源的浪费。
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全局访问点：单例模式提供了一个全局访问点，使得其他类可以方便地访问该实例，简化了对象的引用和传递。
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节省资源：单例模式可以延迟实例化，即在第一次使用时才创建实例，提高了系统的性能和资源利用率。
-
线程安全：在多线程环境下，单例模式可以确保实例的唯一性和线程安全性，避免了多线程竞争和数据不一致的问题。
-
易于扩展：由于单例模式只有一个实例存在，对该实例的操作和管理变得简单，容易进行扩展和修改。
-
适用于资源共享：单例模式适用于需要共享资源的场景，例如数据库连接池、线程池、配置信息等。
单例模式在需要确保类只有一个实例且全局可访问时非常有用。它提供了一种简单、可靠的方式来管理和访问唯一实例，提高了系统的性能、资源利用率和代码的可维护性。
四、缺点
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难以扩展：由于单例模式只允许一个实例存在，因此扩展时可能会受到限制。如果需要创建多个实例或者变更实例的行为，可能需要修改单例模式的实现。
-
对象生命周期管理困难：由于单例模式的实例在整个应用程序的生命周期中存在，因此可能会导致对象的生命周期管理变得复杂。如果单例对象长时间持有资源或者状态，可能会导致资源泄漏或者影响系统性能。
-
破坏单一职责原则：单例模式将对象的创建和管理逻辑耦合在一起，可能违反了单一职责原则。单例类既要负责创建实例，又要负责管理实例的生命周期，可能导致类的职责不清晰。
-
难以进行单元测试：由于单例模式的实例是全局可访问的，可能会在单元测试中引入不可控的因素。如果单例对象依赖外部资源或者状态，可能会导致测试结果不稳定。
-
可能引起性能问题：某些单例模式的实现方式可能会引起性能问题。例如，懒汉式的单例模式在多线程环境下需要考虑线程安全性，可能会引起性能下降。
虽然单例模式有一些缺点，但在需要确保类只有一个实例且全局可访问时，单例模式仍然是一种常用的设计模式。
五、使用场景
单例模式适用于以下场景：
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系统中只需要一个实例：当系统中某个类只需要一个实例来协调操作、管理资源或提供全局访问时，可以使用单例模式。例如，数据库连接池、线程池、日志记录器等。
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全局共享访问点：当多个对象需要共享同一个实例时，可以使用单例模式。单例模式提供了一个全局访问点，使得其他类可以方便地访问该实例。例如，配置信息、缓存管理器等。
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延迟实例化：当创建实例的过程较为耗时，且在系统启动时并不需要立即使用实例时，可以使用懒汉式的单例模式。懒汉式单例模式延迟实例化，避免了不必要的资源消耗。
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线程池、线程管理器：在多线程环境下，使用单例模式可以确保线程安全性和避免资源冲突。例如，线程池、线程管理器等多线程相关的组件。
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日志记录器、缓存管理器：在需要统一管理和访问日志记录器、缓存管理器等资源的场景中，可以使用单例模式。单例模式提供了一个全局访问点，方便其他类进行日志记录和缓存管理。
六、注意事项
在使用单例模式时，需要注意以下几点：
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线程安全性：如果在多线程环境下使用单例模式，需要考虑线程安全性。可以采用加锁、双重检查锁定等方式来保证线程安全性。
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延迟实例化：如果使用懒汉式的单例模式，在第一次使用实例时才创建对象，需要注意延迟实例化可能带来的性能问题。可以根据具体情况权衡是否需要延迟实例化。
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序列化与反序列化：如果单例类需要支持序列化和反序列化，需要注意实现Serializable接口，并且提供readResolve()方法来保证反序列化时返回同一个实例。
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避免滥用单例模式：单例模式应该谨慎使用，不应该用于所有类。只有在确实需要全局唯一实例且全局可访问时才应该使用单例模式。
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单一职责原则：尽量遵循单一职责原则，将单例类的创建和管理逻辑与其他业务逻辑分离，使得类的职责更加清晰。
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可测试性：由于单例模式的实例是全局可访问的，可能会在单元测试中引入不可控的因素。需要注意设计单例类时的可测试性，可以使用依赖注入等方式来解耦依赖关系。
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反射攻击：单例模式在某些情况下可能会受到反射攻击。可以通过在构造函数中添加判断，防止通过反射创建多个实例。
七、在spring 中的应用
在Spring框架中，单例模式的应用非常广泛。Spring容器本身就是一个单例，它负责管理和创建应用中的各个Bean实例。
在Spring中，可以通过配置文件或注解的方式将一个类声明为单例，让Spring容器负责创建和管理该类的实例。具体的应用场景包括：
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Service层：通常将Service层的组件声明为单例，以确保在整个应用程序中只有一个Service实例。这样可以保证Service层的共享资源和状态的一致性。
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Repository层：将Repository层的数据访问组件声明为单例，以确保在整个应用程序中只有一个数据访问实例。这样可以提高数据库连接的复用和性能。
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工具类：将一些通用的工具类声明为单例，例如日志记录器、缓存管理器等。这样可以方便其他组件共享和访问这些工具类的实例。
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配置类：在Spring中，可以使用@Configuration注解将配置类声明为单例。这样可以确保配置信息的一致性和全局可访问性。文章来源：https://www.toymoban.com/news/detail-519813.html
需要注意的是，在Spring中，默认情况下所有的Bean都是单例的，即每个Bean在容器中只有一个实例。但也可以通过配置来改变Bean的作用域，例如使用@Scope注解来声明为原型（prototype）作用域，使得每次获取Bean时都会创建一个新的实例。
Spring框架提供了强大的依赖注入和对象管理功能，可以方便地将类声明为单例，并由Spring容器负责创建和管理实例，提高了代码的可维护性和灵活性。文章来源地址https://www.toymoban.com/news/detail-519813.html
到了这里，关于Java与设计模式（4）：单例模式的文章就介绍完了。如果您还想了解更多内容，请在右上角搜索TOY模板网以前的文章或继续浏览下面的相关文章，希望大家以后多多支持TOY模板网！
