设计模式-单例模式

单例模式（Singleton Pattern）是 Java 中最简单的设计模式之一。这种类型的设计模式属于创建型模式，它提供了一种创建对象的最佳方式。

这种模式涉及到一个单一的类，该类负责创建自己的对象，同时确保只有单个对象被创建。这个类提供了一种访问其唯一的对象的方式，可以直接访问，不需要实例化该类的对象。

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，并提供了一个全局访问点来访问该实例。

注意：

• 1、单例类只能有一个实例。

• 2、单例类必须自己创建自己的唯一实例。

• 3、单例类必须给所有其他对象提供这一实例。

概要

单例模式（Singleton Pattern）

意图

确保一个类只有一个实例，并提供一个全局访问点来访问该实例。

主要解决

频繁创建和销毁全局使用的类实例的问题。

何时使用

当需要控制实例数目，节省系统资源时。

如何解决

检查系统是否已经存在该单例，如果存在则返回该实例；如果不存在则创建一个新实例。

关键代码

构造函数是私有的。

应用实例

• 一个班级只有一个班主任。

• Windows 在多进程多线程环境下操作文件时，避免多个进程或线程同时操作一个文件，需要通过唯一实例进行处理。

• 设备管理器设计为单例模式，例如电脑有两台打印机，避免同时打印同一个文件。

优点

• 内存中只有一个实例，减少内存开销，尤其是频繁创建和销毁实例时（如管理学院首页页面缓存）。

• 避免资源的多重占用（如写文件操作）。

缺点

• 没有接口，不能继承。

• 与单一职责原则冲突，一个类应该只关心内部逻辑，而不关心实例化方式。

使用场景

• 生成唯一序列号。

• WEB 中的计数器，避免每次刷新都在数据库中增加计数，先缓存起来。

• 创建消耗资源过多的对象，如 I/O 与数据库连接等。

注意事项

• 线程安全：getInstance() 方法中需要使用同步锁 synchronized (Singleton.class) 防止多线程同时进入造成实例被多次创建。

• 延迟初始化：实例在第一次调用 getInstance() 方法时创建。

• 序列化和反序列化：重写 readResolve 方法以确保反序列化时不会创建新的实例。

• 反射攻击：在构造函数中添加防护代码，防止通过反射创建新实例。

• 类加载器问题：注意复杂类加载环境可能导致的多个实例问题。

结构

单例模式包含以下几个主要角色：

• 单例类：包含单例实例的类，通常将构造函数声明为私有。

• 静态成员变量：用于存储单例实例的静态成员变量。

• 获取实例方法：静态方法，用于获取单例实例。

• 私有构造函数：防止外部直接实例化单例类。

• 线程安全处理：确保在多线程环境下单例实例的创建是安全的。