Java中实现单例模式的方式

1. 使用静态内部类实现单例模式

在Java中，使用静态内部类实现单例模式是一种常见而又有效的方式。这种方式被称为“静态内部类单例模式”或者“Holder模式”。这种实现方式有以下优点：

• 懒加载（Lazy Initialization）：静态内部类不会在外部类加载的时候就被加载，而是在第一次被调用的时候才会加载。这就实现了懒加载，即在需要的时候才创建单例对象，避免了在应用启动时就创建对象的开销。

• 线程安全（Thread-Safe）：由于静态内部类只会被加载一次，因此在加载过程中，其他线程无法访问静态内部类的加载过程。这就天然地保证了线程安全性。

public class Singleton {

    // 私有化构造函数，防止外部直接实例化
    private Singleton() {}

    // 静态内部类，用于持有单例对象
    private static class SingletonHolder {
        private static final Singleton INSTANCE = new Singleton();
    }

    // 获取单例对象的方法
    public static Singleton getInstance() {
        return SingletonHolder.INSTANCE;
    }
}

2. 使用序列化和反序列化实现单例模式

在Java中，使用标准的序列化和反序列化机制时，可能会破坏单例模式，因为反序列化会创建一个新的对象。为了避免这个问题，可以在单例类中添加一个特殊的方法，以便在反序列化时返回现有的单例对象。

import java.io.*;

public class Singleton implements Serializable {

    private static final long serialVersionUID = 1L;

    // 私有化构造函数，防止外部直接实例化
    private Singleton() {}

    // 单例实例
    private static final Singleton INSTANCE = new Singleton();

    // 获取单例对象的方法
    public static Singleton getInstance() {
        return INSTANCE;
    }

    // 在反序列化时，确保返回相同的单例对象
    protected Object readResolve() throws ObjectStreamException {
        return INSTANCE;
    }

    public static void main(String[] args) {
        // 序列化
        try (ObjectOutputStream oos = new ObjectOutputStream(new FileOutputStream("singleton.ser"))) {
            oos.writeObject(Singleton.getInstance());
        } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
        }

        // 反序列化
        try (ObjectInputStream ois = new ObjectInputStream(new FileInputStream("singleton.ser"))) {
            Singleton deserializedInstance = (Singleton) ois.readObject();
            System.out.println("Original Singleton HashCode: " + Singleton.getInstance().hashCode());
            System.out.println("Deserialized Singleton HashCode: " + deserializedInstance.hashCode());
        } catch (IOException | ClassNotFoundException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
}

readResolve() 是一个特殊的回调方法，用于在反序列化时返回实际要返回的对象。这个方法允许开发者指定在反序列化过程中应该返回哪个对象。

3. 使用静态代码块实现单例模式

使用静态代码块实现单例模式是一种常见的方式。通过在静态代码块中进行对象的实例化，可以保证在类加载的时候只执行一次，从而实现单例模式。

public class Singleton {

    // 私有化构造函数，防止外部直接实例化
    private Singleton() {}

    // 单例实例
    private static final Singleton INSTANCE;

    // 静态代码块，在类加载时执行，用于初始化单例实例
    static {
        try {
            INSTANCE = new Singleton();
        } catch (Exception e) {
            throw new RuntimeException("Error creating singleton instance");
        }
    }

    // 获取单例对象的方法
    public static Singleton getInstance() {
        return INSTANCE;
    }

    public static void main(String[] args) {
        // 获取单例对象
        Singleton singleton = Singleton.getInstance();
    }
}

4. 使用枚举实现单例模式

在Java中，使用枚举(enum)实现单例模式是一种简洁且线程安全的方式。枚举本身就天然地具有单例的特性，保证在任何情况下都只有一个实例。这是因为Java中的枚举类型是线程安全且只能被实例化一次的。

1. JVM保证枚举的线程安全性： Java中的枚举类型在JVM层面被设计为线程安全的，这是因为枚举实例在类加载的时候就被创建，且JVM会保证每个枚举值只被实例化一次。
2. 保证实例的唯一性： 枚举类型的实例是在枚举类加载时被创建的，而且在整个应用程序的生命周期中，它们只会被创建一次。这就保证了枚举实例的唯一性，因此枚举天生就符合单例模式的要求。
3. 简洁且防御反射攻击： 使用枚举实现单例模式的代码非常简洁，而且防御了一些反射攻击，因为枚举的实例在类加载的时候就被创建，不会受到反射的影响。

public enum Singleton {
    INSTANCE; // 单例实例
    
    // 可以在枚举中添加其他方法
    public void someMethod() {
        // 实现方法逻辑
    }
    
    public static void main(String[] args) {
        // 获取单例对象
        Singleton singleton = Singleton.INSTANCE;
        // 调用其他方法
        singleton.someMethod();
    }
}