40岁开始学Java：Java中单例模式（SingletonPattern）,适用场景有哪些？

在Java中，单例模式（Singleton Pattern）用于确保一个类只有一个实例，并提供全局访问点。以下是详细的实现方式、适用场景及注意事项：

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一、单例模式的实现方式 1. 饿汉式（Eager Initialization）

特点：类加载时立即创建实例，线程安全但可能浪费资源。

public class EagerSingleton { private static final EagerSingleton instance = new EagerSingleton(); private EagerSingleton() {} public static EagerSingleton getInstance() { return instance; } }

优点：实现简单，线程安全。 缺点：实例在类加载时创建，即使未被使用。

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2. 懒汉式（Lazy Initialization）

特点：延迟实例化，但需处理线程安全问题。

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

优点：按需创建实例。 缺点：同步方法导致性能下降。

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3. 双重检查锁（Double-Checked Locking）

特点：减少同步开销，需使用volatile防止指令重排。

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

优点：兼顾线程安全和性能。 缺点：实现较复杂，需注意JDK版本兼容性。

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4. 静态内部类（Static Inner Class）

特点：利用类加载机制保证线程安全。

public class InnerClassSingleton { private InnerClassSingleton() {} private static class Holder { static final InnerClassSingleton instance = new InnerClassSingleton(); } public static InnerClassSingleton getInstance() { return Holder.instance; } }

优点：延迟加载，线程安全，无需同步。 缺点：无法通过参数初始化实例。

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5. 枚举单例（Enum Singleton）

特点：由JVM保证唯一性，防止反射和序列化破坏。

public enum EnumSingleton { INSTANCE; public void doSomething() { // 方法实现 } }

优点：天然线程安全，防反射和序列化攻击。 缺点：无法继承其他类，不够灵活。

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二、单例模式的使用场景

全局配置管理 例如，系统配置类需要全局唯一实例，确保配置一致。

日志记录器 统一管理日志输出，避免多个实例导致资源竞争。

数据库连接池 维护唯一的连接池实例，高效管理数据库连接。

缓存系统 缓存数据需要全局访问，避免重复创建缓存实例。

硬件资源访问 如打印机服务，需统一调度硬件资源。

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三、注意事项与潜在问题

线程安全 懒汉式需通过同步或双重检查锁确保线程安全。

反射攻击 普通单例可能被反射调用构造函数，需在构造器中添加防护：

private Singleton() { if (instance != null) { throw new IllegalStateException("Instance already exists"); } }

序列化与反序列化 实现Serializable接口时，需重写readResolve方法：

protected Object readResolve() { return getInstance(); }

测试困难 单例的全局状态可能导致测试耦合，可通过依赖注入（如Spring容器管理）解耦。

过度使用 滥用单例会提高代码耦合度，应仅在需要严格唯一实例时使用。

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四、总结 实现方式线程安全延迟加载防反射防序列化适用场景饿汉式✅❌❌❌简单场景，实例轻量懒汉式（同步）✅✅❌❌需要延迟加载，性能不敏感双重检查锁✅✅❌❌高性能要求的延迟加载静态内部类✅✅❌❌推荐的延迟加载方式枚举✅❌✅✅高安全性要求（推荐方式）

最佳实践：

优先选择枚举单例或静态内部类实现。避免通过单例传递全局状态，尽量依赖接口编程。在框架（如Spring）中，尽量使用容器管理的单例Bean而非手动实现。

通过合理选择实现方式，单例模式能有效管理全局资源，但需谨慎使用以避免设计上的陷阱。