如何实现一个单例模式？-Python教程-PHP中文网

如何实现一个单例模式？

紅蓮之龍

发布： 2025-09-03 19:23:01

原创

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单例模式确保一个类只有一个实例并提供全局访问点，常用于资源管理、配置管理、日志管理等场景；其优点包括节省资源、全局访问和控制实例数量，缺点有违反单一职责、可测试性差和并发问题；实现方式包括饿汉式、懒汉式、双重检查锁、静态内部类和枚举，其中静态内部类和枚举方式更推荐，枚举还能防止反射和序列化破坏；与静态类相比，单例可实现接口和继承，而静态类仅提供静态方法。

如何实现一个单例模式？

单例模式的核心在于确保一个类只有一个实例，并提供一个全局访问点。这在管理资源、配置信息等方面非常有用。

解决方案：

实现单例模式有几种常见方法，各有优缺点。

饿汉式： 类加载时就创建实例，线程安全，但可能造成资源浪费。

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

    private Singleton() {}

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

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懒汉式： 第一次使用时才创建实例，可以延迟加载，但线程不安全。

public class Singleton {
    private static Singleton instance;

    private Singleton() {}

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

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解决线程安全问题可以使用

synchronized

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关键字，但会降低性能。

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

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双重检查锁（DCL）： 结合了懒汉式的延迟加载和线程安全，是一种比较常用的方式。

public class Singleton {
    private volatile static Singleton instance;

    private Singleton() {}

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

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volatile

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关键字防止指令重排序，确保多线程环境下 instance 的正确初始化。

静态内部类： 利用类加载机制保证线程安全，同时实现延迟加载。

public class Singleton {
    private Singleton() {}

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

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

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这种方式是推荐的单例模式实现方式，简洁且高效。

枚举： 最简洁的单例模式实现方式，线程安全，防止反射攻击和序列化问题。
```
public enum Singleton {
    INSTANCE;

    public void doSomething() {
        // ...
    }
}
```
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使用时直接
```
Singleton.INSTANCE.doSomething();
```
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单例模式有哪些应用场景？

单例模式常用于以下场景：

资源管理器： 管理共享资源，例如数据库连接池、线程池等，避免资源浪费和冲突。
配置管理器： 加载和管理应用程序的配置信息，方便全局访问。
日志管理器： 统一管理日志输出，方便调试和监控。
任务调度器： 确保只有一个调度器实例负责任务的分配和执行。

单例模式的优缺点是什么？

优点：

节省资源： 确保只有一个实例，减少内存占用。
全局访问点： 提供一个全局访问点，方便访问和管理。
控制实例数量： 严格控制实例数量，避免多个实例造成资源冲突。

缺点：

违反单一职责原则： 单例类既负责创建实例，又负责自身业务逻辑。
可测试性差： 单例模式不容易进行单元测试，因为难以模拟和替换单例对象。
并发问题： 在多线程环境下，需要考虑线程安全问题。

如何防止单例模式被反射破坏？

反射可以绕过私有构造函数，创建多个实例，破坏单例模式。

在构造函数中判断： 在构造函数中判断是否已经存在实例，如果存在则抛出异常。

public class Singleton {
    private static Singleton instance;

    private Singleton() {
        if (instance != null) {
            throw new IllegalStateException("Singleton instance already exists.");
        }
    }

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

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