深入理解单例模式：从设计动机到实现策略

"设计模式（第2版）-第9章 单例模式.pptx" 单例模式是软件设计中的一个重要模式，尤其在Java编程中广泛应用。它旨在确保一个类在整个应用程序中只有一个实例存在，并提供一个全局访问点，使得所有部分都可以方便地访问这个唯一的实例。这种模式在资源管理、配置对象以及缓存等方面非常有用，因为它可以避免因多次实例化而造成的资源浪费。 单例模式的核心特点包括三个方面： 1. 类只能有一个实例：通常通过私有化构造函数来实现，防止外部代码通过常规途径创建新的实例。 2. 类必须自行创建这个实例：实例化过程由单例类自身控制，避免了外部代码的干扰。 3. 提供全局访问点：通常通过一个静态方法或静态变量来返回这个唯一的实例。 在Java中，单例模式有两种常见的实现方式： 1. 饿汉式（EagerSingleton）：在类加载时就完成实例化，这种方式确保了线程安全，但可能导致不必要的资源占用，因为即使没有使用，单例对象也会被创建。 ```java public class EagerSingleton { private static final EagerSingleton INSTANCE = new EagerSingleton(); private EagerSingleton() {} public static EagerSingleton getInstance() { return INSTANCE; } } ``` 2. 懒汉式（LazySingleton）：延迟到第一次请求时才实例化，这样可以节省资源，但需要处理多线程并发问题。通常使用双重检查锁定（Double-Checked Locking）来实现线程安全的延迟初始化。 ```java public class LazySingleton { private static volatile LazySingleton instance; private LazySingleton() {} public static LazySingleton getInstance() { if (instance == null) { synchronized (LazySingleton.class) { if (instance == null) { instance = new LazySingleton(); } } } return instance; } } ``` 此外，Java中推荐使用静态内部类来实现单例，这种方式既实现了延迟加载，又保证了线程安全，且无需额外的同步措施。 ```java public class Singleton { private Singleton() {} private static class SingletonHolder { private static final Singleton INSTANCE = new Singleton(); } public static Singleton getInstance() { return SingletonHolder.INSTANCE; } } ``` 单例模式的应用场景包括但不限于： - 打印池（PrintSpooler）：在操作系统中，确保只有一个打印池对象处理所有的打印任务。 - 系统设置或配置对象：系统配置一般只需要一个全局的配置对象，用于存储和读取配置信息。 - 缓存服务：缓存服务通常需要一个全局实例来存储和检索数据，以提高性能。 单例模式是一种强大的工具，它可以优化资源管理并提供一致的全局访问，但在使用时需要注意避免滥用，以免影响代码的可测试性和可扩展性。在实际开发中，应根据具体需求选择合适的单例实现策略。