Java面向对象（高级）- 单例(Singleton)设计模式

单例设计模式是面向对象编程中的一种常见设计模式，它的主要目的是确保一个类在整个程序运行期间只有一个实例，并提供全局访问点。这种模式在Java中被广泛应用，尤其是在需要控制资源的共享，如数据库连接池，线程池或者配置对象等场景。 （1）设计模式概述 设计模式是软件开发过程中经过大量实践和理论提炼出的解决方案模板，它们代表了在特定上下文中解决常见问题的最佳实践。设计模式并非具体的代码，而是描述在特定情境下，如何设计类和对象之间交互的一种通用语言。《设计模式：可复用面向对象软件的基础》（Design Patterns: Elements of Reusable Object-Oriented Software）是设计模式领域的经典著作，由Erich Gamma、Richard Helm、Ralph Johnson和John Vlissides四位作者合著，通常称为GoF书。 （2）单例模式的定义 单例模式的核心思想是限制类的实例化，确保一个类只有一个实例。实现方式通常是将类的构造器设为私有，然后通过一个静态方法（通常称为getInstance）来获取唯一的实例。这样做既可以防止外部代码直接创建对象，又可以保证全局只有一个实例。 （3）实现思路 为了实现单例模式，我们需要以下几个步骤： - 将类的构造器设为私有，阻止外部直接创建对象。 - 在类内部创建并存储类的唯一实例，通常使用静态变量来保存。 - 提供一个静态的公共方法（如getInstance），返回类的唯一实例。 （4）单例模式的实现方式 单例模式有两种常见的实现方式：饿汉式和懒汉式。 - 饿汉式（Eager Initialization）：在类加载时就创建了单例对象，这种方式简单且线程安全，但可能会造成资源浪费，因为即使单例未被使用，也会在类加载时创建。 ```java public class Singleton { private static final Singleton INSTANCE = new Singleton(); private Singleton() {} public static Singleton getInstance() { return INSTANCE; } } ``` - 懒汉式（Lazy Initialization）：在第一次调用getInstance时才创建单例对象。如果不使用单例，就不会创建，节省资源。但线程不安全，需要通过同步机制保证。 ```java public class Singleton { private static Singleton instance; private Singleton() {} public static synchronized Singleton getInstance() { if (instance == null) { instance = new Singleton(); } return instance; } } ``` 为了避免懒汉式的同步开销，还可以采用双重检查锁定（Double-Check Locking）或者静态内部类的方式实现线程安全的懒汉式。 单例模式的优点包括： - 资源共享，节省内存。 - 控制实例的产生，避免过多的实例导致的问题。 - 全局访问点，方便管理和控制。 应用场景包括： - 控制台应用程序的主入口点。 - 日志服务，确保所有日志操作都指向同一个日志文件。 - 数据库连接池，管理数据库连接，提高性能。 - 线程池，管理线程资源，提高系统效率。 单例模式是一种强大的设计模式，它在许多场合下都能帮助我们更好地组织代码，控制资源，提高程序的可维护性和可扩展性。在实际开发中，应根据具体需求选择合适的设计模式，以达到最佳效果。