Java 設計模式實戰：單例模式（餓漢/懶漢/雙檢鎖）與工廠模式（簡單/工廠方法/抽象工廠）完整代碼詳解

創建型模式中，單例與工廠是最高頻、最基礎的模式。本文提供 **六種單例寫法** 與 **三層工廠模式** 的完整、可運行代碼，並分析線程安全、性能、適用場景差異。

一、單例模式：確保全局唯一實例

1. 餓漢式（類加載時創建，天然線程安全）

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

優點：簡單、無鎖、類加載機制保證線程安全。缺點：類加載即創建，可能造成資源浪費。

2. 懶漢式（首次調用創建，需同步）

public class Singleton {
    private static Singleton instance;
    private Singleton() {}
    public static synchronized Singleton getInstance() { // 方法級鎖，性能差
        if (instance == null) instance = new Singleton();
        return instance;
    }
}

3. 雙重檢查鎖（DCL，JDK 5+ volatile 保證可見性）

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

推薦生產環境使用，兼顧延遲加載與高性能。

4. 靜態內部類（推薦，利用類加載機制延遲+線程安全）

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

5. 枚舉單例（Effective Java 作者推薦，防反射/序列化破壞）

public enum Singleton { INSTANCE; }

6. 容器管理單例

Spring @Scope("singleton")、EJB @Singleton 等框架級單例。

二、工廠模式：封裝對象創建邏輯

1. 簡單工廠（非標準模式，但實用）

public class SimpleFactory {
    public static Product create(String type) {
        switch (type) {
            case "A": return new ProductA();
            case "B": return new ProductB();
            default: throw new IllegalArgumentException();
        }
    }
}

2. 工廠方法模式（標準 GoF，開閉原則）

interface Product { void use(); }
interface Factory { Product create(); }

class ProductA implements Product { public void use() { System.out.println("A"); } }
class FactoryA implements Factory { public Product create() { return new ProductA(); } }

// 客戶端
Factory factory = new FactoryA();
Product p = factory.create(); p.use();

新增產品只需新增對應 Factory 實現，**不修改原有代碼**。

3. 抽象工廠模式（產品族）

interface Product1 { void show(); }
interface Product2 { void show(); }
interface Factory { Product1 create1(); Product2 create2(); }

class FactoryImpl implements Factory {
    public Product1 create1() { return new Product1Impl(); }
    public Product2 create2() { return new Product2Impl(); }
}

// 客戶端
Factory f = new FactoryImpl();
f.create1().show(); f.create2().show();

適用於**一組相關/依賴對象**需一起創建的場景（如不同皮膚主題的按鈕+輸入框+窗口）。

三、模式對比總結

四、避坑指南

• 單例：防反射破壞（構造器拋異常）、防序列化破壞（readResolve）、枚舉最強
• 工廠：避免過度設計，簡單場景直接 new 或簡單工廠即可
• 依賴倒置：客戶端依賴抽象介面，而非具體實現

掌握這些核心創建型模式，是構建可擴展、可維護 Java 系統的基石。