在Java中，單例模式（Singleton Pattern）用于確保一個類只有一個實例，并提供全局訪問點。以下是詳細的實現方式、適用場景及注意事項：
一、單例模式的實現方式
1. 餓漢式（Eager Initialization）
特點：類加載時立即創建實例，線程安全但可能浪費資源。
public class EagerSingleton {private static final EagerSingleton instance = new EagerSingleton();private EagerSingleton() {}public static EagerSingleton getInstance() {return instance;}
}
優點：實現簡單，線程安全。
缺點：實例在類加載時創建，即使未被使用。
2. 懶漢式（Lazy Initialization）
特點：延遲實例化，但需處理線程安全問題。
public class LazySingleton {private static LazySingleton instance;private LazySingleton() {}public static synchronized LazySingleton getInstance() {if (instance == null) {instance = new LazySingleton();}return instance;}
}
優點：按需創建實例。
缺點：同步方法導致性能下降。
3. 雙重檢查鎖（Double-Checked Locking）
特點：減少同步開銷，需使用volatile防止指令重排。
public class DCLSingleton {private static volatile DCLSingleton instance;private DCLSingleton() {}public static DCLSingleton getInstance() {if (instance == null) {synchronized (DCLSingleton.class) {if (instance == null) {instance = new DCLSingleton();}}}return instance;}
}
優點：兼顧線程安全和性能。
缺點：實現較復雜，需注意JDK版本兼容性。
4. 靜態內部類（Static Inner Class）
特點：利用類加載機制保證線程安全。
public class InnerClassSingleton {private InnerClassSingleton() {}private static class Holder {static final InnerClassSingleton instance = new InnerClassSingleton();}public static InnerClassSingleton getInstance() {return Holder.instance;}
}
優點：延遲加載，線程安全，無需同步。
缺點：無法通過參數初始化實例。
5. 枚舉單例（Enum Singleton）
特點：由JVM保證唯一性，防止反射和序列化破壞。
public enum EnumSingleton {INSTANCE;public void doSomething() {// 方法實現}
}
優點：天然線程安全，防反射和序列化攻擊。
缺點：無法繼承其他類，不夠靈活。
二、單例模式的使用場景
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全局配置管理
例如，系統配置類需要全局唯一實例，確保配置一致。 -
日志記錄器
統一管理日志輸出，避免多個實例導致資源競爭。 -
數據庫連接池
維護唯一的連接池實例，高效管理數據庫連接。 -
緩存系統
緩存數據需要全局訪問，避免重復創建緩存實例。 -
硬件資源訪問
如打印機服務，需統一調度硬件資源。
三、注意事項與潛在問題
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線程安全
懶漢式需通過同步或雙重檢查鎖確保線程安全。 -
反射攻擊
普通單例可能被反射調用構造函數，需在構造器中添加防護：private Singleton() {if (instance != null) {throw new IllegalStateException("Instance already exists");} } -
序列化與反序列化
實現Serializable接口時，需重寫readResolve方法：protected Object readResolve() {return getInstance(); } -
測試困難
單例的全局狀態可能導致測試耦合，可通過依賴注入（如Spring容器管理）解耦。 -
過度使用
濫用單例會提高代碼耦合度，應僅在需要嚴格唯一實例時使用。
四、總結
| 實現方式 | 線程安全 | 延遲加載 | 防反射 | 防序列化 | 適用場景 |
|---|---|---|---|---|---|
| 餓漢式 | ? | ? | ? | ? | 簡單場景，實例輕量 |
| 懶漢式（同步） | ? | ? | ? | ? | 需要延遲加載，性能不敏感 |
| 雙重檢查鎖 | ? | ? | ? | ? | 高性能要求的延遲加載 |
| 靜態內部類 | ? | ? | ? | ? | 推薦的延遲加載方式 |
| 枚舉 | ? | ? | ? | ? | 高安全性要求（推薦方式） |
最佳實踐：
- 優先選擇枚舉單例或靜態內部類實現。
- 避免通過單例傳遞全局狀態，盡量依賴接口編程。
- 在框架（如Spring）中，盡量使用容器管理的單例Bean而非手動實現。
通過合理選擇實現方式，單例模式能有效管理全局資源，但需謹慎使用以避免設計上的陷阱。
