设计模式 - 单例模式

封面图 • 2025-11-07 • 设计模式

单例模式（Singleton Pattern）是 **创建型设计模式** 中最常见的一种，用于确保一个类只有一个实例，并提供一个全局访问点。

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## 🧩 一、定义

> 确保一个类只有一个实例，并提供一个全局访问该实例的接口。

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## ✅ 二、适用场景

- 需要频繁实例化然后销毁的对象（如数据库连接、线程池等）
- 工具类（如配置管理、日志记录器）
- 资源共享对象（如系统全局设置）

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## 🔧 三、实现方式（Java 示例）

### 1. **懒汉式（线程不安全）**

```java
public class Singleton {
    private static Singleton instance;

private Singleton() {}

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

⚠️ **缺点**：多线程环境下可能创建多个实例。

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### 2. **懒汉式（线程安全）**

```java
public class Singleton {
    private static Singleton instance;

private Singleton() {}

public static synchronized Singleton getInstance() {
        if (instance == null) {
            instance = new Singleton();
        }
        return instance;
    }
}
```

✅ **优点**：线程安全  
❌ **缺点**：每次调用 `getInstance()` 都需要加锁，性能较低

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### 3. **饿汉式**

```java
public class Singleton {
    private static Singleton instance = new Singleton();

private Singleton() {}

public static Singleton getInstance() {
        return instance;
    }
}
```

✅ **优点**：线程安全，简单  
❌ **缺点**：提前加载，可能浪费资源

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### 4. **双重检查锁定（Double-Checked Locking）**

```java
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;
    }
}
```

✅ **优点**：线程安全，延迟加载，性能好  
⚠️ 注意：`volatile` 关键字不能省略，否则可能导致指令重排问题

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### 5. **静态内部类（推荐）**

```java
public class Singleton {
    private Singleton() {}

private static class SingletonHolder {
        private static final Singleton INSTANCE = new Singleton();
    }

public static Singleton getInstance() {
        return SingletonHolder.INSTANCE;
    }
}
```

✅ **优点**：延迟加载 + 线程安全 + 无锁  
💡 最推荐的方式！

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## 🔄 四、单例模式的优缺点

| 优点 | 缺点 |
|------|------|
| 保证全局唯一实例 | 不容易扩展为多个实例 |
| 提高性能（避免重复创建对象） | 可能导致耦合度高 |
| 全局访问方便 | 单例对象生命周期长，可能占用资源 |

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## 📚 五、其他语言中的实现

- **C++**：使用静态成员变量和私有构造函数
- **Python**：通过 `__new__` 方法控制实例创建
- **C#**：使用 `sealed` 类 + `private` 构造函数 + `static` 实例

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## 🧠 六、总结

单例模式适用于需要全局唯一实例的场景，但应谨慎使用，避免滥用。推荐使用“静态内部类”方式实现，兼顾线程安全和延迟加载。

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如果你需要我为你提供其他语言（如 Python、C++、C#）的单例模式实现，也可以告诉我！