单例模式 - 彭涛

单例设计模式

单例模式是一种创建型设计模式，让你能够保证一个类只有一个实例，并提供一个访问该实例的全局节点

保证一个类只有一个实例。为什么会有人想要控制一个类所拥有的实例数量？最常见的原因是控制某些共享资源（例如数据库或文件）的访问权限。它的运作方式是这样的：如果你创建了一个对象，同时过一会儿后你决定再创建一个新对象，此时你会获得之前已创建的对象，而不是一个新对象。注意，普通构造函数无法实现上述行为，因为构造函数的设计决定了它必须总是返回一个新对象

为该实例提供一个全局访问节点。还记得你（好吧，其实是我自己）用过的那些存储重要对象的全局变量吗？它们在使用上十分方便，但同时也非常不安全，因为任何代码都有可能覆盖掉那些变量的内容，从而引发程序崩溃。和全局变量一样，单例模式也允许在程序的任何地方访问特定对象。但是它可以保护该实例不被其他代码覆盖。还有一点：你不会希望解决同一个问题的代码分散在程序各处的。因此更好的方式是将其放在同一个类中，特别是当其他代码已经依赖这个类时更应该如此。

实现步骤：

所有单例的实现都包含以下两个相同的步骤：

将默认构造函数设为私有，防止其他对象使用单例类的 new运算符。
新建一个静态构建方法作为构造函数。该函数会 “偷偷” 调用私有构造函数来创建对象，并将其保存在一个静态成员变量中。此后所有对于该函数的调用都将返回这一缓存对象。

如果你的代码能够访问单例类，那它就能调用单例类的静态方法。无论何时调用该方法，它总是会返回相同的对象

伪代码

public final class Singleton {
    private static Singleton instance;
    public String value;

    private Singleton(String value) {
        this.value = value;
    }

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

单例模式优缺点

优点：

你可以保证一个类只有一个实例
你获得了一个指向该实例的全局访问节点
仅在首次请求单例对象时对其进行初始化

缺点：

违反了单一职责原则，该模式同时解决了两个问题
单例模式可能掩盖不良设计，比如程序各组件之间相互了解过多等
该模式在多线程环境下需要进行特殊处理，避免多个线程多次创建单例对象
单例的客户端代码单元测试可能会比较困难，因为许多测试框架以基于继承的方式创建模拟对象。由于单例类的构造函数是私有的，而且绝大部分语言无法重写静态方法，所以你需要想出仔细考虑模拟单例的方法。要么干脆不编写测试代码，或者不使用单例模式

只保证创建一个对象，为什么还要避免多线程创建对象

重复创建对象：多个线程同时通过单例模式创建对象时，可能会导致多次实例化，破坏了单例模式的初衷。
状态不一致：如果单例对象的创建过程中涉及到一些状态的设置或初始化操作，多个线程同时进行创建可能会导致状态不一致，使得对象处于不可预测的状态。
资源竞争：如果单例对象的创建涉及到一些共享资源或者文件操作等，多个线程同时创建可能会导致资源竞争和冲突，进而造成程序崩溃或数据损坏等问题

对于第一点可以考虑以下情况：

线程 A 和线程 B 同时检查到实例对象不存在。
线程 A 先获取到锁，开始创建实例对象。
线程 A 创建完实例对象后释放锁。
线程 B 获取到锁，然后也创建实例对象。
这样就导致了两个实例对象的创建

这就是多线程环境下可能出现的问题。为了解决这个问题，需要在创建实例对象的过程中引入同步机制，确保只有一个线程可以执行创建操作。常用的方法包括使用双重检查锁、静态内部类等，这些方法可以有效地保证在多线程环境下只创建一个实例对象

单例模式在java中的应用场景

Spring Bean管理

在Spring框架中，当我们声明一个Bean时，默认情况下是单例的。这意味着Spring容器会管理Bean的生命周期，并确保在整个应用程序中只有一个实例

@Component
public class MySingletonBean {
    // Class definition
}

线程池

在多线程环境下，线程池是一种常见的单例对象。它负责管理可用的线程，并提供给需要执行任务的线程

ExecutorService executorService=Executors.newFixedThreadPool(10);

日志对象

在Java应用中，通常会使用单例模式来管理日志记录器对象，以确保在整个应用程序中只有一个日志实例

public class Logger {
    private static Logger instance;

    private Logger() {
        // private constructor to prevent instantiation
    }

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

    public void log(String message) {
        // log message
    }
}

数据库连接池

在使用数据库时，可以使用单例模式来管理数据库连接池，以确保在应用程序中只有一个连接池实例，避免资源浪费和性能问题

public class DatabaseConnectionPool {
    private static DatabaseConnectionPool instance;

    private DatabaseConnectionPool() {
        // private constructor to prevent instantiation
    }

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

    // Other methods for managing database connections
}