设计模式——单例模式（Singleton）

时间：2024-05-10 13:58:28

单例模式（Singleton Pattern）是设计模式中的一种，它确保一个类只有一个实例，并提供一个全局访问点来访问这个唯一实例。这种模式在多种场景下都非常有用，比如配置文件的读取、数据库连接的创建、线程池的管理等。

实现单例模式的要点：

  1. 私有构造函数：防止其他类通过new关键字创建实例。
  2. 私有静态实例：在类内部定义一个静态的实例变量来保存类的唯一实例。
  3. 公共的静态方法：提供一个公共的静态方法来获取该类的唯一实例。

示例代码（Java）：

public class Singleton {
    // 私有静态实例
    private static Singleton instance;

    // 私有构造函数
    private Singleton() {}

    // 公共的静态方法（也称为获取器或访问器）
    public static synchronized Singleton getInstance() {
        if (instance == null) {
            instance = new Singleton();
        }
        return instance;
    }
}

注意：上述示例中的getInstance方法使用了synchronized关键字，这是为了保证在多线程环境下的线程安全。但是，这种实现方式在性能上可能不是最优的，因为每次调用getInstance方法时都需要进行同步。

改进的单例模式（双重检查锁定/双检锁）：

public class Singleton {
    // 使用 volatile 关键字来确保 instance 在多线程中的可见性
    private volatile static Singleton instance;

    private Singleton() {}

    public static Singleton getInstance() {
        if (instance == null) { // 第一次检查
            synchronized (Singleton.class) {
                if (instance == null) { // 第二次检查
                    instance = new Singleton();
                }
            }
        }
        return instance;
    }
}

在改进的版本中，我们使用了双重检查锁定（Double-Checked Locking, DCL）来减少同步的开销。同时，我们使用了volatile关键字来确保instance变量在多线程环境下的可见性。这是因为instance = new Singleton();这行代码并不是一个原子操作，它包含了三个步骤：分配内存、初始化对象、将instance指向分配的内存地址。如果没有volatile关键字，编译器可能会进行指令重排序，导致其他线程看到instance不为null，但是对象还没有被完全初始化的情况。

其他实现方式：

除了上述两种常见的实现方式外，还有使用枚举（Enum）、静态内部类等方式来实现单例模式。这些方式在某些场景下可能更加简洁、高效。

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