Java设计模式之单例模式详解（懒汉式和饿汉式）

在开发工作中，有些类只需要存在一个实例，这时就可以使用单例模式。Java中的单例模式是一种常见的设计模式，它确保一个类只有一个实例，并提供全局访问点。下面来介绍一下两种常见的单例模式：懒汉式和饿汉式。

一、懒汉式

懒汉式属于一种延迟加载的单例模式，它的特点是在第一次使用时创建实例对象，而不是在类加载时就创建。

1.1 代码示例

public class LazySingleton {
    private static LazySingleton instance;
    
    private LazySingleton() {
        // 私有构造方法
    }
    
    public static synchronized LazySingleton getInstance() {
        if (instance == null) {
            instance = new LazySingleton();
        }
        return instance;
    }
}

在代码中，我把构造函数声明为私有的，以防止其他类直接通过构造函数创建实例对象。
getInstance() 方法是获取实例对象的入口。在该方法内部，首先检查实例对象 instance是否已经被创建。如果实例对象为 null，表示还没有创建过，就通过调用构造函数来创建实例对象。如果已经创建过，就直接返回已有的实例对象。

为了保证线程安全，在 getInstance() 方法上添加了 synchronized 关键字，使得在多线程环境下只有一个线程能够进入创建实例。保证了多线程情况下只会创建一个实例对象。

1.2 适用场景

1. 实例的创建和初始化需要消耗较多时间或资源时，不希望在程序启动时就加载实例。
2. 需要延迟加载实例，只有在需要的时候才创建。
3. 需要在不同的线程中使用单例对象。

懒汉式可以避免在不需要实例对象时的资源浪费，只有在需要时才进行创建。这种延迟加载的特性使得它在某些情况下更加高效。

下面举一个管理文件的读写操作的例子：

public class FileManager {
    private static FileManager instance;
    private File file;

    private FileManager() {
        // 初始化文件对象
        file = new File("D:\\file\\demo.txt");
    }

    public static synchronized FileManager getInstance() {
        if (instance == null) {
            instance = new FileManager();
        }
        return instance;
    }

    public void readFile() {
        // 读取文件内容并进行相应操作...
    }

}

在上述示例中，通过懒汉式单例模式，我们可以确保在第一次调用 getInstance() 方法时才创建实例对象。其他类可以通过调用该方法获取 FileManager 的实例对象。然后，可以使用该实例对象的方法来进行文件操作，例如 readFile() 方法。这样，无论在哪个地方需要读写文件，都可以通过 FileManager.getInstance().readFile() 方法来使用文件管理器。

总的来说，懒汉式适用于在第一次使用时才进行对象创建的场景，并且在实例对象初始化过程中没有复杂的线程安全要求。文件管理器就是一个典型的例子，因为在应用程序启动时可能不需要立即读写文件，而是在需要的时候才进行相关操作。

1.3 注意事项

1. 线程安全：懒汉式是线程安全的，因为通过给 getInstance() 方法添加 synchronized 关键字，可以保证在多线程环境下只有一个线程能够进入创建实例。但是这也带来了性能上的开销。
2. 性能开销：由于加了锁，每次获取实例都需要进行同步控制，可能会引起一定的性能问题。如果对性能要求较高，可以考虑使用双重检查锁定（Double-Checked Locking）等方式进行改进，以减少同步开销。
3. 可序列化：如果需要将懒汉式单例对象序列化到文件或网络中，需要注意实现 Serializable 接口，以确保对象的序列化和反序列化过程正确无误。

二、饿汉式

饿汉式是一种在类加载时就创建实例的单例模式。它的特点是无论是否会被使用到，实例对象都在类加载时被创建。

2.1 示例代码

public class EagerSingleton {
    private static final EagerSingleton instance = new EagerSingleton();
    
    private EagerSingleton() {
        // 私有构造方法
    }
    
    public static EagerSingleton getInstance() {
        return instance;
    }
}

在代码中，先把实例对象 instance 定义为静态的 final 变量，并在声明时就进行实例化。

因为实例对象在类加载时就被创建，所以可以保证在任何情况下都能获取到同一个实例对象。

2.2 适用场景

1. 实例的创建和初始化过程较为简单，并且不会消耗过多的时间或资源。
2. 希望在程序启动时就加载实例，避免在后续代码中频繁创建和初始化实例。
3. 饿汉式能够保证在任何时候都能获取到实例对象，适用于简单的单例对象的创建和初始化。

下面举一个管理日志的例子：

public class Logger {
    private static final Logger instance = new Logger();
    
    private Logger() {
        // 初始化日志记录器
    }
    
    public static Logger getInstance() {
        return instance;
    }
    
    public void log(String message) {
        // 记录日志消息
    }
    
    // 其他日志操作方法...
}

上述示例中，在 Logger 类的内部，将实例对象 instance 定义为静态的 final 变量，并在声明时就进行实例化。这样，在类加载时实例对象就会被创建。然后通过提供 getInstance() 方法，其他类可以调用该方法获取 Logger 的实例对象。然后，可以使用该实例对象的方法来记录日志消息，例如 log(String message) 方法。

这样，无论在哪个地方需要记录日志，都可以通过 Logger.getInstance().log(String message) 方法来使用日志记录器。

总的来说，饿汉式适用于需要在程序启动时就初始化的资源，且在整个应用程序的生命周期中都需要使用到的场景。日志记录器就比较适合，因为日志记录功能通常需要在应用程序启动之初就准备好，并在整个应用程序的运行过程中记录日志消息。

2.3 注意事项

1. 线程安全：饿汉式是线程安全的，因为实例对象已经在类加载时就创建好了，不存在多线程环境下的竞争问题。
2. 性能与资源消耗：由于实例对象在类加载时就被创建，可能会导致一些性能和资源上的浪费，特别是在某些情况下实例对象并没有被使用到。

饿汉式是一种简单且直接的方式来创建单例对象，但也可能带来一些不必要的性能和资源消耗。因此，在实际应用中需要根据具体需求进行权衡和选择。

三、总结

懒汉式和饿汉式是两种常见的Java单例模式。懒汉式在第一次使用时创建实例，而饿汉式在类加载时就创建实例。需要注意的是，在实际应用中，应根据具体场景进行综合考虑和设计。选择合适的单例模式可以提高代码的可维护性和性能 ~