1. 引言
親愛的讀者們，歡迎來到我們的設計模式專題，今天的講解的設計模式，還是單例模式哦！上次講解的單例模式是基于Python實現（獨一無二的設計模式——單例模式（python實現））的，但是目前很多實際系統是通過JAVA實現的，所以今天聊一聊基于JAVA的語言特性，單例模式的實現和應用。
2. 什么是單例模式
單例模式（Singleton Pattern）是一種創建型設計模式，它確保一個類只有一個實例，并提供一個全局訪問點。就像世界上只有一個太陽，我們也希望某些對象在整個應用程序中只有一個實例。單例模式適用于需要全局唯一訪問的資源，如數據庫連接、配置管理器、日志記錄器等。
3. 單例模式的實現（Java）
基本實現
在Java中，單例模式通常使用懶漢式或餓漢式實現，以下講解四種主要的實現方法：
懶漢式實現，懶漢式單例模式只有在第一次調用getInstance方法時才會創建實例：
public class Singleton {private static Singleton instance;private Singleton() {}public static Singleton getInstance() {if (instance == null) {instance = new Singleton();}return instance;}
}
詳細代碼解析
instance靜態變量用于存儲單例實例，在類加載時，它被初始化為null；getInstance方法是獲取實例的關鍵，如果instance為空，則創建一個新的實例并返回，否則返回已有的實例；- 私有構造函數
Singleton()防止類被外部實例化，確保實例只能通過getInstance方法獲取。
多線程安全的懶漢式實現，為了應對多線程環境，可以使用同步塊來確保線程安全：
public class Singleton {private static Singleton instance;private static final Object lock = new Object();private Singleton() {}public static Singleton getInstance() {if (instance == null) {synchronized (lock) {if (instance == null) {instance = new Singleton();}}}return instance;}
}
詳細代碼解析
lock是一個同步對象，用于確保在多線程環境下，只有一個線程能夠創建實例；- 在
getInstance方法中使用synchronized塊來加鎖，確保只有一個線程能夠進入創建實例的代碼塊。
餓漢式實現，餓漢式單例在類加載時就創建實例，相比懶漢式避免了多線程問題：
public class Singleton {private static final Singleton instance = new Singleton();private Singleton() {}public static Singleton getInstance() {return instance;}
}
詳細代碼解析
instance靜態變量在類加載時即被初始化，確保實例的唯一性和線程安全；- 私有構造函數防止外部實例化。
靜態內部類實現，這種方法利用類加載機制，只有在調用getInstance時才會創建實例，確保線程安全和延遲加載：
public class Singleton {private Singleton() {}private static class SingletonHolder {private static final Singleton INSTANCE = new Singleton();}public static Singleton getInstance() {return SingletonHolder.INSTANCE;}
}
詳細代碼解析
SingletonHolder是一個靜態內部類，包含了Singleton的唯一實例；- 在
getInstance方法中返回SingletonHolder.INSTANCE，確保實例的延遲加載和線程安全。
4. 單例模式的應用場景和實例
示例一：配置文件管理
在應用程序中，配置文件通常需要全局訪問且不應被重復加載。使用單例模式可以確保配置管理器只有一個實例，從而避免重復加載配置文件。
import java.util.Properties;public class ConfigurationManager {private static ConfigurationManager instance;private Properties config;private ConfigurationManager() {config = new Properties();}public static ConfigurationManager getInstance() {if (instance == null) {instance = new ConfigurationManager();}return instance;}public void setConfig(String key, String value) {config.setProperty(key, value);}public String getConfig(String key) {return config.getProperty(key);}
}
使用示例：
ConfigurationManager configManager = ConfigurationManager.getInstance();
configManager.setConfig("api_url", "https://api.example.com");
System.out.println(configManager.getConfig("api_url"));
示例二：日志記錄
日志記錄器是單例模式的經典應用之一，通過確保日志記錄器的唯一性，我們可以統一管理日志輸出，避免多個日志實例之間的混亂：
import java.util.logging.*;public class LoggerSingleton {private static LoggerSingleton instance;private Logger logger;private LoggerSingleton() {logger = Logger.getLogger("singleton_logger");ConsoleHandler handler = new ConsoleHandler();SimpleFormatter formatter = new SimpleFormatter();handler.setFormatter(formatter);logger.addHandler(handler);logger.setLevel(Level.INFO);}public static LoggerSingleton getInstance() {if (instance == null) {instance = new LoggerSingleton();}return instance;}public void log(String message) {logger.info(message);}
}
使用示例：
LoggerSingleton logger = LoggerSingleton.getInstance();
logger.log("This is a log message.");
5. 單例模式的優缺點
優點
- 控制實例數量：確保一個類只有一個實例，節省資源；
- 全局訪問點：提供一個全局訪問點，方便管理和使用。
缺點
- 不易擴展：由于單例模式限制了實例的數量，可能不利于擴展；
- 隱藏依賴關系：單例模式通過全局訪問點使用實例，可能導致代碼依賴關系不明確，不利于測試。
6. 圖示
- 單例模式的UML圖：
+----------------+
| Singleton |
+----------------+
| - _instance |
| - _lock |
+----------------+
| + getInstance()|
+----------------+
- 單例模式的示意圖：
7. 總結
單例模式是一種簡單而強大的設計模式，確保一個類只有一個實例，并提供全局訪問點。在實際開發中，單例模式廣泛應用于配置管理、日志記錄等場景，通過合理地使用單例模式，我們可以有效管理和優化資源，確保系統的一致性和穩定性。
希望今天的分享能讓大家對單例模式有更深入的理解，如果你在項目中也使用了單例模式，歡迎留言分享你的經驗和見解！
