Java 中的单例类

简介

在 Java 编程中，单例类是一种特殊的设计模式，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实例。这种模式在许多场景下都非常有用，比如管理系统中的配置信息、数据库连接池、日志记录器等，这些情况下我们希望在整个应用程序中只有一个实例来避免资源的重复创建和管理混乱。

单例类的基础概念

单例类的核心思想是将类的实例化过程封装起来，使得外部代码无法直接通过构造函数创建多个实例。通常，单例类会有一个静态成员变量来保存唯一的实例，并且提供一个静态方法来获取这个实例。

单例类的使用方法

饿汉式单例

饿汉式单例在类加载时就创建实例，所以它是线程安全的。

public class EagerSingleton {
    // 静态成员变量保存唯一实例
    private static final EagerSingleton instance = new EagerSingleton();

    // 私有构造函数，防止外部实例化
    private EagerSingleton() {}

    // 静态方法获取实例
    public static EagerSingleton getInstance() {
        return instance;
    }
}

懒汉式单例（线程不安全）

懒汉式单例在第一次调用 getInstance 方法时才创建实例，但这种方式在多线程环境下是不安全的。

public class LazySingleton {
    private static LazySingleton instance;

    private LazySingleton() {}

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

懒汉式单例（线程安全，双重检查锁定）

双重检查锁定确保在多线程环境下，只有在实例为空时才进行同步创建实例，提高了性能。

public class ThreadSafeLazySingleton {
    private static volatile ThreadSafeLazySingleton instance;

    private ThreadSafeLazySingleton() {}

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

静态内部类单例

这种方式利用了静态内部类的特性，在外部类加载时内部类不会加载，只有在调用 getInstance 方法时内部类才会加载并创建实例，也是线程安全的。

public class StaticInnerClassSingleton {
    private StaticInnerClassSingleton() {}

    private static class SingletonHolder {
        private static final StaticInnerClassSingleton INSTANCE = new StaticInnerClassSingleton();
    }

    public static StaticInnerClassSingleton getInstance() {
        return SingletonHolder.INSTANCE;
    }
}

常见实践

配置管理：单例类可以用于管理应用程序的配置信息，确保在整个应用中使用同一套配置。
数据库连接池：创建一个单例的数据库连接池，所有需要数据库连接的部分都从这个连接池获取连接，避免过多连接导致资源耗尽。
日志记录器：单例的日志记录器可以确保整个应用程序的日志输出到同一个地方，便于管理和分析。

最佳实践

选择合适的单例实现：根据应用程序的需求和场景选择合适的单例实现方式。如果应用程序启动时就需要创建实例，饿汉式单例是不错的选择；如果希望延迟创建实例且在多线程环境下使用，静态内部类单例或双重检查锁定的懒汉式单例更合适。
确保线程安全：在多线程环境下使用单例类时，要确保其线程安全性，避免出现数据不一致或其他并发问题。
避免滥用：虽然单例模式很有用，但不要过度使用，否则可能导致代码的可维护性和可测试性下降。

小结

单例类是 Java 中一种重要的设计模式，通过确保一个类只有一个实例并提供全局访问点，在许多场景下提高了应用程序的效率和可管理性。不同的单例实现方式各有优缺点，开发者需要根据具体需求选择合适的方法，并遵循最佳实践来确保代码的质量和性能。

参考资料

《Effective Java》 - Joshua Bloch
Oracle Java 官方文档
维基百科 - 单例模式