Java 設計模式之單例模式介紹

單例模式：確保類只有一個實例，並提供全局訪問點

單例模式 屬於創建型模式。它確保某個類在 JVM 中只有一個實例存在，並提供一個全局訪問點 getInstance()。常用於資源管理器、線程池、緩存、配置類、數據庫連接池等場景。

常見實現方式

1. 餓漢式（類加載時創建，線程安全）

public class Singleton {
    private static final Singleton INSTANCE = new Singleton();
    private Singleton() {} // 私有構造器
    public static Singleton getInstance() { return INSTANCE; }
}

優點：實現簡單，無線程安全問題。
缺點：類加載即創建，若實例從未使用則浪費內存；無法處理構造器拋異常的情況。

2. 懶漢式（雙重檢查鎖 DCL，JDK 1.5+ 安全）

public class Singleton {
    private volatile static Singleton instance; // volatile 禁止指令重排
    private Singleton() {}
    public static Singleton getInstance() {
        if (instance == null) { // 第一次檢查
            synchronized (Singleton.class) {
                if (instance == null) { // 第二次檢查
                    instance = new Singleton();
                }
            }
        }
        return instance;
    }
}

優點：延遲加載，高併發下性能較好。
注意：volatile 關鍵字至關重要，防止指令重排導致其他線程看到半初始化對象。

3. 靜態內部類（推薦：延遲加載 + 線程安全 + 簡潔）

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

利用類加載機制保證線程安全，只有調用 getInstance() 時才會加載 Holder 類並創建實例。

4. 枚舉單例（Effective Java 推薦：防反射、防序列化破壞）

public enum Singleton {
    INSTANCE;
    public void doSomething() { ... }
}
// 調用：Singleton.INSTANCE.doSomething();

注意事項與陷阱

• 反射攻擊：除枚舉外，其他方式均可通過反射調用私有構造器創建新實例。可在構造器中檢查 if (INSTANCE != null) throw ... 防禦。
• 序列化破壞：實現 Serializable 時需聲明 readResolve() 返回同一實例。
• 多類加載器環境：Tomcat、OSGi、EJB 等多 ClassLoader 環境下，每個加載器可能創建各自的單例。需指定統一加載器或使用 JNDI 共享。
• PetStore ServiceLocator 案例：Web 層用單例定位 EJB，EJB 層因跨 JVM 不能用單例，故分離為兩個 ServiceLocator。

選擇建議

一般情況首選 靜態內部類；要求極高安全性（防反射/序列化）選 枚舉；極簡場景可用 餓漢式。