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

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2026-04-12 约 446 字预计阅读 3 分钟

概述

单例模式是最简单的设计模式之一，它确保一个类只有一个实例，并提供一个全局访问点来获取该实例。

类图结构

适用场景

数据库连接池
线程池
缓存管理器
配置管理器
日志记录器

实现方式

1. 饿汉式（线程安全）

public class Singleton {
    // 类加载时就创建实例
    private static final Singleton INSTANCE = new Singleton();
    
    // 私有构造方法
    private Singleton() {}
    
    // 全局访问点
    public static Singleton getInstance() {
        return INSTANCE;
    }
}

优点：简单，线程安全缺点：类加载时就创建，可能浪费资源

2. 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;
    }
}

注意：多线程环境下可能创建多个实例

3. 懒汉式（线程安全 - synchronized）

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

缺点：每次获取实例都加锁，性能较低

4. 双重检查锁定（推荐）

public class Singleton {
    // volatile 禁止指令重排序
    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;
    }
}

优点：延迟加载，线程安全，性能高

5. 静态内部类（推荐）

public class Singleton {
    private Singleton() {}
    
    // 静态内部类
    private static class SingletonHolder {
        private static final Singleton INSTANCE = new Singleton();
    }
    
    public static Singleton getInstance() {
        return SingletonHolder.INSTANCE;
    }
}

优点：延迟加载，线程安全，实现简单

6. 枚举（最佳实践）

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

// 使用
Singleton.INSTANCE.doSomething();

优点：线程安全，防止反射攻击，防止序列化问题

框架中的应用

Spring 中的单例

@Service
public class UserService {
    // Spring 默认以单例模式管理 Bean
}

// 配置作用域
@Scope("singleton")
@Component
public class CacheManager {
    // 显式声明为单例
}

JDK 中的单例

// Runtime 类
Runtime runtime = Runtime.getRuntime();

// Desktop 类
Desktop desktop = Desktop.getDesktop();

数据库连接池示例

public class ConnectionPool {
    private static volatile ConnectionPool instance;
    private List<Connection> connections;
    private static final int MAX_CONNECTIONS = 10;
    
    private ConnectionPool() {
        connections = new ArrayList<>();
        for (int i = 0; i < MAX_CONNECTIONS; i++) {
            connections.add(createConnection());
        }
    }
    
    public static ConnectionPool getInstance() {
        if (instance == null) {
            synchronized (ConnectionPool.class) {
                if (instance == null) {
                    instance = new ConnectionPool();
                }
            }
        }
        return instance;
    }
    
    public Connection getConnection() {
        // 从池中获取连接
        return connections.remove(0);
    }
    
    public void releaseConnection(Connection conn) {
        // 释放连接回池中
        connections.add(conn);
    }
    
    private Connection createConnection() {
        // 创建数据库连接
        return null;
    }
}

配置管理器示例

public class ConfigManager {
    private static final ConfigManager INSTANCE = new ConfigManager();
    private Properties config;
    
    private ConfigManager() {
        config = new Properties();
        loadConfig();
    }
    
    public static ConfigManager getInstance() {
        return INSTANCE;
    }
    
    private void loadConfig() {
        try (InputStream is = getClass()
                .getResourceAsStream("/config.properties")) {
            config.load(is);
        } catch (IOException e) {
            throw new RuntimeException("加载配置失败", e);
        }
    }
    
    public String getProperty(String key) {
        return config.getProperty(key);
    }
}

// 使用
String dbUrl = ConfigManager.getInstance()
    .getProperty("database.url");

注意事项

反射攻击：可通过反射调用私有构造方法
- 解决方案：在构造方法中添加判断
序列化问题：反序列化会创建新实例
- 解决方案：实现 readResolve() 方法
线程安全：多线程环境下要注意同步问题

优缺点

优点	缺点
节省资源	违反单一职责原则
全局访问	测试困难
控制实例数	隐藏依赖关系

总结

单例模式在 Java 开发中非常常见，推荐使用枚举或静态内部类方式实现。在 Spring 框架中，默认就是以单例模式管理 Bean，通常不需要自己实现。

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