编程-设计模式 3：单例模式

设计模式 3：单例模式

定义与目的

• 定义：单例模式确保一个类只有一个实例，并提供一个全局访问点来访问该实例。
• 目的：这种模式通常用于那些需要频繁访问且只需一个实例的对象，例如配置管理器、日志记录器等。

实现示例

单例模式的一个简单实现是使用懒加载方式，确保在第一次调用时才创建实例。这里展示一个线程安全的懒加载实现：

public class Singleton {

    // 使用 volatile 关键字确保多线程环境下的正确可见性
    // volatile 关键字保证了对 instance 变量的修改对所有线程可见，
    // 并且禁止了编译器和处理器对 instance 的读写进行优化（如重排序）
    private static volatile Singleton instance;

    // 构造器私有化，防止外部实例化
    // 这样可以确保除了 Singleton 类自身之外的其他类无法直接创建 Singleton 的实例
    private Singleton() {}

    // 提供一个静态方法来获取 Singleton 的唯一实例
    public static Singleton getInstance() {
        // 第一次检查：如果 instance 已经被初始化，则直接返回该实例
        // 这样可以避免不必要的同步开销
        if (instance == null) {
            // 使用 synchronized 关键字来保证线程安全
            // 同步块限制在最小范围，以提高性能
            synchronized (Singleton.class) {
                // 第二次检查：确保在多线程环境下只会创建一个实例
                // 这里即使有多个线程同时进入同步块，也只会有一个线程创建实例
                if (instance == null) {
                    // 创建 Singleton 的唯一实例
                    instance = new Singleton();
                }
            }
        }
        // 返回 Singleton 的唯一实例
        return instance;
    }

    // 示例方法
    public void doSomething() {
        System.out.println("Singleton doing something...");
    }

    // 测试方法
    public static void main(String[] args) {
        // 获取 Singleton 的实例并调用 doSomething 方法
        Singleton singleton = Singleton.getInstance();
        singleton.doSomething();  // 输出: Singleton doing something...
    }
}

使用场景

• 当你需要在整个应用程序中共享资源，并且希望确保该资源只能被创建一次时。
• 当你需要一个全局的配置管理器时。
• 当你需要一个全局的日志记录器时。
• 当你需要一个全局的状态管理器时。

单例模式是一种常用的模式，它可以简化对全局资源的管理，并确保这些资源不会被滥用。然而，在多线程环境中实现单例模式时，必须注意线程安全问题。上面的示例使用了双重检查锁定（Double-Checked Locking）来确保线程安全性。

小结

• 创建型模式的共性：这些模式都关注于对象的创建过程，使得程序能够更加灵活地处理对象创建的逻辑。
• 何时使用这些模式：当你希望将对象的创建逻辑与使用逻辑分离时，或者需要在运行时动态创建对象时。

单例模式是创建型模式中最简单的一种，它确保了整个系统中只有一个实例存在，并提供了一个全局访问点。这种模式在实际应用中非常普遍，尤其是在需要全局唯一实例的情况下。