单例模式及其思想

本文包括以下几点↓

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结论：设计模式不是简单地将一个固定的代码框架套用到项目中，而是一种严谨的编程思想，旨在提供解决特定问题的经验和指导。

单例模式（Singleton Pattern）

意图

旨在确保类只有一个实例，并提供一个全局访问点以访问该实例。

适用性

当你希望系统中只有一个实例，并且需要从全局任何地方都能访问该实例时。

当你需要严格控制某个类的实例化过程，以确保所有代码都使用相同的实例时。

简述

单例模式的核心思想是控制对象只实例化一次，并提供一个全局访问点来获取该实例。这样可以确保在系统中只有一个实例，并且所有对该实例的访问都通过同一个访问点。

实现单例模式有几种方式，通过以下案例展开。

简单案例

六种常见的单例模式实现方式，逐一分析它们的特点和适用场景：

懒汉式之线程不安全：

源码

public class Singleton {  
    private static Singleton instance;  
    private Singleton (){}  

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

特点： 懒加载，在首次使用时创建实例化对象。在多线程环境下，可能会出现并发问题，导致创建多个实例。

适用场景： 单线程环境下的简单应用，对性能要求不高，且不会频繁使用单例的场景。

懒汉式之线程安全

源码

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

特点： 同样是懒加载，但使用了 synchronized 关键字来保证线程安全。然而，这会造成性能下降，因为每次获取实例对象都需要加锁。

适用场景： 在多线程环境下使用，对性能要求不高的场景，或者对并发要求不是特别高的情况。

饿汉式

源码

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

特点： 在类加载时就创建实例化对象，因此不存在多线程安全问题，且访问时效率高。但可能会浪费内存，因为实例在程序启动时就创建了，即使未被使用也会占用内存。

适用场景： 对内存占用没有过多要求，且希望在程序启动时就初始化单例的场景。

双检锁/双重校验锁

源码

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

特点： 通过双重检查加锁，既实现了懒加载，又保证了线程安全，且在实例已创建的情况下避免了不必要的锁竞争，因此性能较高。

适用场景： 对性能要求较高，且需要懒加载的场景，特别是在多线程环境下。

登记式/静态内部类

源码

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

特点： 通过静态内部类实现了懒加载，且保证了线程安全。在类加载时并不会初始化，只有在首次调用 getInstance() 方法时才会初始化。

适用场景： 对内存占用有要求，且希望在首次使用时才初始化的场景。

枚举类

源码

public enum Singleton {
    INSTANCE;
//  private Singleton(){}
    public Singleton getSelf() {
        return INSTANCE;
    }
}
public static void main(String[] args) {
    Singleton instance = Singleton.INSTANCE;
}

特点： 使用枚举类型实现单例，利用枚举的特性保证了在任何情况下都只会有一个实例存在。枚举类的实例在类加载时就会被初始化。

适用场景： 对内存占用没有过多要求，且希望简洁明了地实现单例的场景。枚举类也是线程安全的。

枚举类本身就是单例模式Singleton instance = Singleton.INSTANCE; 并且可以有多个枚举INSTANCE,TWO;枚举类中的INSTANCE就是Singleton对象实例，看getSelf方法不报错就知道了；枚举类的构造方法本身就是private，放开实例中的注释结果一样；枚举中的方法只能通过Singleton.INSTANCE.getSelf()的方式来调用，这就是单例的表现。

这是实现单例模式的最佳方法，它更简洁，自动支持序列化机制，绝对防止多次实例化。但不能通过反射来调用私有构造方法。

在Spring框架中的应用？？

在Spring框架中，使用到单例模式思想的地方非常多，被广泛应用于管理和创建bean实例。Spring容器默认情况下会将所有的bean都配置为单例，这意味着在整个应用程序中，每个bean都只有一个实例存在。这种默认的单例模式确保了Spring应用程序的性能和资源利用率。

在Spring上下文中，通过使用@Bean、@Component、@Service、@Repository 等注解或在配置文件中显式声明bean，Spring会自动将其配置为单例模式，即在整个应用程序中只创建一个实例。比如配置类的创建。

例如：数据库连接配置类

@Configuration
public class AppConfig {

    @Bean
    public DataSource dataSource() {
        DriverManagerDataSource dataSource = new DriverManagerDataSource();
        dataSource.setDriverClassName("com.mysql.cj.jdbc.Driver");
        dataSource.setUrl("jdbc:mysql://localhost:3306/mydatabase");
        dataSource.setUsername("username");
        dataSource.setPassword("password");
        return dataSource;
    }
}

在Spring框架中的这个单例模式是使用单例设计模式创建Bean的吗？

很显然不是。最显著的一点就是，你在项目中创建的类的构造方法是私有的吗？

Spring 底层创建单例模式的Bean 使用的是BeanFactory工厂设计模式去创建的，在此别混淆了。这种Bean概念更准确的描述应该是Bean的单例作用域。

除此之外，Spring框架还提供了其他类型的作用域，比如Prototype原型模式，可以通过 @Scope("prototype") 注解来标注一个bean，这样每次从容器中获取该bean时，容器都会创建一个新的实例。

@Component
@Scope("prototype")
public class MyPrototypeBean {
    // 类的具体代码
}

Prototype原型作用域的Bean对象和原型设计模式有什么关系呢？在原型设计模式中再进行分享。

总结：

单例模式的作用主要包括以下几个方面：

确保全局唯一实例： 单例模式确保系统中某个类只有一个实例存在，无论在何处进行实例化，都会获得相同的实例。这可以防止多个对象之间的状态不一致或冲突，确保所有使用者操作一致，有助于管理全局资源。
提供全局访问点： 单例模式提供一个全局访问点，使得任何地方都可以轻松访问该实例。这在需要频繁访问某个对象或共享资源的情况下非常有用，可以简化代码逻辑，提高代码的可读性和可维护性。
节约系统资源： 由于单例模式只创建一个对象实例，因此可以避免重复创建对象所带来的性能和内存消耗。特别是在频繁访问该对象的场景下，单例模式可以有效减少系统资源的使用。
控制对象的实例化过程： 单例模式可以对对象的实例化过程进行严格控制，确保只有一个实例存在，并且在运行时动态创建或延迟实例化，以满足特定的需求。这在需要对对象的创建过程进行特殊处理或优化时非常有用。
避免全局变量的滥用： 单例模式可以将全局状态封装在一个对象中，避免使用大量的全局变量和静态方法，从而提高代码的可维护性和可测试性。