單例模式（Singleton Pattern）解釋

定義
單例模式是一種創建型設計模式，確保一個類只有一個實例，并提供一個全局訪問點來獲取它。

單例模式的特點

1. 全局唯一性：單例類只能有一個實例。
2. 全局訪問點：通過提供一個靜態方法或屬性，允許其他類訪問該唯一實例。
3. 懶加載：實例在第一次使用時創建，避免不必要的資源消耗（可選）。

單例模式的實現方式

以下用 Java 示例講解常見的單例模式實現方式。

1. 餓漢式（Eager Initialization）

在類加載時就創建實例，線程安全，但如果實例未被使用會浪費資源。

public class Singleton {
    // 靜態實例，類加載時初始化
    private static final Singleton INSTANCE = new Singleton();

    // 私有構造方法，防止外部實例化
    private Singleton() {}

    // 提供全局訪問點
    public static Singleton getInstance() {
        return INSTANCE;
    }
}

優點：實現簡單，線程安全。
缺點：類加載時就創建實例，即使未使用也會占用資源。

2. 懶漢式（Lazy Initialization）

在需要時才創建實例，線程不安全。

public class Singleton {
    private static Singleton instance;

    // 私有構造方法
    private Singleton() {}

    // 提供全局訪問點
    public static Singleton getInstance() {
        if (instance == null) {
            instance = new Singleton();
        }
        return instance;
    }
}

優點：實例在第一次使用時創建，避免資源浪費。
缺點：多線程環境下可能導致線程安全問題。

3. 線程安全的懶漢式

通過 synchronized 關鍵字解決線程安全問題。

public class Singleton {
    private static Singleton instance;

    private Singleton() {}

    // 提供線程安全的全局訪問點
    public static synchronized Singleton getInstance() {
        if (instance == null) {
            instance = new Singleton();
        }
        return instance;
    }
}

優點：線程安全，懶加載。
缺點：性能較低，每次獲取實例時都需要同步。

4. 雙重檢查鎖（Double-Checked Locking）

結合懶加載和線程安全，推薦使用。

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;
    }
}

優點：線程安全，性能高，推薦使用。
缺點：實現稍復雜，使用了 volatile 關鍵字確保變量可見性。

5. 靜態內部類

利用 Java 的類加載機制，線程安全且支持懶加載。

public class Singleton {
    private Singleton() {}

    // 靜態內部類
    private static class SingletonHolder {
        private static final Singleton INSTANCE = new Singleton();
    }

    // 提供全局訪問點
    public static Singleton getInstance() {
        return SingletonHolder.INSTANCE;
    }
}

優點：線程安全，懶加載，性能高。
缺點：實現稍復雜。

6. 枚舉單例

通過枚舉實現單例模式，是最簡單和推薦的方式之一。

public enum Singleton {
    INSTANCE;

    public void doSomething() {
        System.out.println("單例方法調用");
    }
}

優點：天生線程安全，防止反序列化破壞單例，代碼簡單。
缺點：不支持延遲加載（但通常這不是問題）。

測試單例模式

public class SingletonTest {
    public static void main(String[] args) {
        Singleton singleton1 = Singleton.getInstance();
        Singleton singleton2 = Singleton.getInstance();

        System.out.println(singleton1 == singleton2); // true，兩個引用指向同一個實例
    }
}

單例模式的優缺點

優點

1. 唯一實例：確保系統中只有一個對象，節省資源。
2. 全局訪問：提供一個全局訪問點，便于管理。

缺點

1. 擴展困難：由于類只能有一個實例，繼承和擴展較難。
2. 并發問題：某些實現方式在多線程環境下可能不安全。

使用場景

1. 日志記錄器：系統中的日志類只需要一個實例。
2. 配置管理：全局配置類，避免重復加載配置。
3. 數據庫連接池：確保多個模塊共享同一個連接池。
4. 線程池：單例模式可用于管理線程池的全局訪問。

通過以上方式，可以根據需求和場景選擇合適的單例模式實現方式。