【Java 设计模式】创建型之单例模式

在软件开发中，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，并提供一个全局访问点。单例模式在需要控制某些资源，如数据库连接池、线程池等共享资源的情况下非常有用。在本文中，我们将介绍 Java 设计模式中的单例模式，了解其实现方式、使用场景以及如何在实际开发中应用。

1. 定义

单例模式是一种创建型设计模式，它确保一个类只有一个实例，并提供一个全局访问点，使得这个实例可以被全局范围内的代码所访问。单例模式的主要目的是控制某个类的实例数量，确保在整个应用程序中只有一个实例存在。

2. 应用场景

单例模式的应用场景包括但不限于以下情况：

• 资源共享：

  当多个地方需要共享某个资源时，可以使用单例模式确保全局只有一个实例，避免资源浪费

• 配置管理：

  单例模式可以用于全局配置管理，确保整个系统共享同一份配置信息

• 日志记录：

  记录应用程序操作日志的时候，单例模式可以确保全局只有一个日志对象，方便集中管理

3. 代码实现

在 Java 中，实现单例模式有多种方式，下面是其中两种常用的方式：

1）懒汉式

懒汉式是指在第一次使用时才创建实例。这种方式延迟了对象的创建时间，但需要注意多线程下的安全性

package com.cheney.demo.singleton;

public class LazySingleton {
    private static LazySingleton instance;

    // 私有构造方法，防止外部实例化
    private LazySingleton() {}

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

上述实现使用了 synchronized 关键字确保多线程环境下的安全性，但这也带来了性能开销

为了减少锁的粒度，可以使用双重检查锁方式

package com.cheney.demo.singleton;

public class DoubleCheckedLazySingleton {
    private static volatile DoubleCheckedLazySingleton instance;

    // 私有构造方法，防止外部实例化
    private DoubleCheckedLazySingleton() {}

    public static DoubleCheckedLazySingleton getInstance() {
        if (instance == null) {
            synchronized (DoubleCheckedLazySingleton.class) {
                if (instance == null) {
                    instance = new DoubleCheckedLazySingleton();
                }
            }
        }
        return instance;
    }
}

2）饿汉式

饿汉式是指在类加载时就创建实例，不管是否会被使用。这种方式简单且线程安全，但可能造成资源浪费

package com.cheney.demo.singleton;

public class DoubleCheckedLazySingleton {
    private static volatile DoubleCheckedLazySingleton instance;

    // 私有构造方法，防止外部实例化
    private DoubleCheckedLazySingleton() {}

    public static DoubleCheckedLazySingleton getInstance() {
        if (instance == null) {
            synchronized (DoubleCheckedLazySingleton.class) {
                if (instance == null) {
                    instance = new DoubleCheckedLazySingleton();
                }
            }
        }
        return instance;
    }
}

4. 应用示例

假设我们有一个需要记录日志的应用程序，我们希望使用单例模式管理日志对象

package com.cheney.demo.singleton;

import java.util.ArrayList;
import java.util.List;

public class Logger {
    private static Logger instance;
    private List<String> logEntries;

    private Logger() {
        logEntries = new ArrayList<>();
    }

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

    public void log(String message) {
        logEntries.add(message);
        System.out.println("[Log] " + message);
    }

    public List<String> getLogEntries() {
        return logEntries;
    }
}

在使用中，我们通过 Logger.getInstance() 获取 Logger 的实例，并记录日志

package com.cheney.demo.singleton;

import java.util.List;

public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        Logger logger = Logger.getInstance();
        logger.log("Hello...");
        logger.log("Cheney...");

        List<String> logEntries = logger.getLogEntries();
        System.out.println("收集到的日志内容：");
        for (String entry : logEntries) {
            System.out.println(entry);
        }
    }
}

运行结果

结语

单例模式是一种常见且实用的设计模式，它可以确保在整个应用程序中只有一个实例存在。在选择懒汉式或饿汉式实现方式时，需要根据具体的需求和性能考虑来选择合适的方式。在实际开发中，单例模式通常用于管理共享资源、配置信息等全局唯一的对象。通过合理使用单例模式，可以提高系统的灵活性和可维护性。