如何实现一个单例模式？

单例模式确保一个类只有一个实例并提供全局访问点，常用于资源管理、配置管理、日志管理等场景；其优点包括节省资源、全局访问和控制实例数量，缺点有违反单一职责、可测试性差和并发问题；实现方式包括饿汉式、懒汉式、双重检查锁、静态内部类和枚举，其中静态内部类和枚举方式更推荐，枚举还能防止反射和序列化破坏；与静态类相比，单例可实现接口和继承，而静态类仅提供静态方法。

单例模式的核心在于确保一个类只有一个实例，并提供一个全局访问点。这在管理资源、配置信息等方面非常有用。

解决方案：

实现单例模式有几种常见方法，各有优缺点。

1. 饿汉式： 类加载时就创建实例，线程安全，但可能造成资源浪费。

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

2. 懒汉式： 第一次使用时才创建实例，可以延迟加载，但线程不安全。

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

   解决线程安全问题可以使用

   synchronized

   关键字，但会降低性能。

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

3. 双重检查锁（DCL）： 结合了懒汉式的延迟加载和线程安全，是一种比较常用的方式。

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

   volatile

   关键字防止指令重排序，确保多线程环境下 instance 的正确初始化。

4. 静态内部类： 利用类加载机制保证线程安全，同时实现延迟加载。

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

   这种方式是推荐的单例模式实现方式，简洁且高效。

5. 枚举： 最简洁的单例模式实现方式，线程安全，防止反射攻击和序列化问题。

   public enum Singleton {
       INSTANCE;
   
       public void doSomething() {
           // ...
       }
   }

   使用时直接

   Singleton.INSTANCE.doSomething();

   

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单例模式有哪些应用场景？

单例模式常用于以下场景：

• 资源管理器： 管理共享资源，例如数据库连接池、线程池等，避免资源浪费和冲突。
• 配置管理器： 加载和管理应用程序的配置信息，方便全局访问。
• 日志管理器： 统一管理日志输出，方便调试和监控。
• 任务调度器： 确保只有一个调度器实例负责任务的分配和执行。

单例模式的优缺点是什么？

优点：

• 节省资源： 确保只有一个实例，减少内存占用。
• 全局访问点： 提供一个全局访问点，方便访问和管理。
• 控制实例数量： 严格控制实例数量，避免多个实例造成资源冲突。

缺点：

• 违反单一职责原则： 单例类既负责创建实例，又负责自身业务逻辑。
• 可测试性差： 单例模式不容易进行单元测试，因为难以模拟和替换单例对象。
• 并发问题： 在多线程环境下，需要考虑线程安全问题。

如何防止单例模式被反射破坏？

反射可以绕过私有构造函数，创建多个实例，破坏单例模式。

• 在构造函数中判断： 在构造函数中判断是否已经存在实例，如果存在则抛出异常。

  public class Singleton {
      private static Singleton instance;
  
      private Singleton() {
          if (instance != null) {
              throw new IllegalStateException("Singleton instance already exists.");
          }
      }
  
      public static Singleton getInstance() {
          if (instance == null) {
              synchronized (Singleton.class) {
                  if (instance == null) {
                      instance = new Singleton();
                  }
              }
          }
          return instance;
      }
  }

• 使用枚举： 枚举天生防止反射攻击，是实现单例模式的最佳方式之一。

单例模式和静态类的区别是什么？

• 单例模式： 是一个类只能创建一个实例的设计模式，可以通过

  getInstance()

  方法获取实例，可以实现接口，可以被继承。
• 静态类： 所有成员都是静态的，不能创建实例，不能实现接口，不能被继承。

选择哪种方式取决于具体需求。如果需要保持状态、实现接口或被继承，则选择单例模式。如果只需要提供一些静态方法，则选择静态类。