Java单例模式探究

一、单例模式简介

单例模式（Singleton Pattern）是一种常见的设计模式，在一个系统中，只有一个实例对象存在。主要优点包括：

• 节省内存空间，提高程序性能。
• 避免了对同一资源文件的多重使用。
• 避免了对实例化次数的限制。
• 可全局访问该实例，方便地实现数据共享。

单例模式是一种创建型模式，用于提供全局唯一的对象实例。

二、单例模式的实现方式

1.懒汉式

在第一次需要使用时，才实例化单例对象。这种方式的缺点是线程不安全，在多线程情况下会出现重复实例化的问题。

懒汉式单例模式示例代码

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

2.饿汉式

在程序启动时就实例化单例对象，避免了线程安全问题。但是如果程序中不需要使用该单例对象，就浪费了内存空间。

饿汉式单例模式示例代码

public class HungrySingleton {
    private static final HungrySingleton instance = new HungrySingleton();
    private HungrySingleton(){
    }
    public static HungrySingleton getInstance(){
        return instance;
    }
}

3.双重锁检测

在第一次需要使用时，才实例化单例对象。采用双重锁检测可以解决懒汉式的线程不安全问题。

双重锁检测单例模式示例代码

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

三、单例模式应用场景

1.ServletContext

在Java Web开发中，ServletContext是单例模式的典型应用。ServletContext是Java Web应用的上下文环境，是整个Web应用共享的一个对象。

2.数据库连接池

数据库连接池是多线程环境下使用的常见设计模式。连接池中的连接对象是单例的，多个线程同时请求时，可以极大地提高程序性能和资源利用效率。

3.日志系统

在日志系统中，单例对象负责收集和存储应用程序的日志信息。由于日志系统对程序运行的性能影响较小，而且是一个全局共享的对象，因此采用单例模式可以方便地操作日志对象。

四、单例模式的优缺点

1.优点

• 提供了一个全局唯一的对象实例。
• 节省内存空间，提高程序性能。
• 避免了对同一资源文件的多重使用。
• 可全局访问该实例，方便地实现数据共享。

2.缺点

• 单例实例化后始终占用内存空间，浪费资源。
• 不方便于扩展单例的实例数量。
• 单例对象的逻辑复杂度高，增加了系统的维护成本。

五、总结

单例模式是一种常见的设计模式，用于提供全局唯一的对象实例。其主要优点包括节省内存空间、提高程序性能、避免了对同一资源文件的多重使用以及可全局访问该实例，方便地实现数据共享等。其缺点包括单例实例化后始终占用内存空间、不方便于扩展单例的实例数量以及单例对象的逻辑复杂度高，增加了系统的维护成本等。在Java Web应用的上下文环境、数据库连接池、日志系统等多种场景下，均可以使用单例模式。