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揭秘手写单例模式：核心技术解析与实战应用

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单例模式概述

单例模式（Singleton Pattern）是一种常用的软件设计模式，它确保一个类只有一个实例，并提供一个全局访问点来获取这个实例。单例模式主要应用于以下场景：

  • 需要控制实例的数量，确保全局只有一个实例。
  • 实例化开销较大，且只要求有一个实例时。
  • 系统中某些类需要被共享使用，而不是每次都重新创建。

单例模式的核心技术

1. 私有构造函数

单例模式要求类的构造函数为私有，防止外部通过new关键字创建多个实例。

public class Singleton {
    private static Singleton instance;

    private Singleton() {
        // 私有构造函数
    }
}

2. 静态方法获取实例

为了获取单例实例，我们通常提供一个静态方法，该方法负责创建并返回单例实例。

public class Singleton {
    private static Singleton instance;

    private Singleton() {
        // 私有构造函数
    }

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

3. 懒汉式与饿汉式

根据实例化时机，单例模式分为懒汉式和饿汉式。

懒汉式

懒汉式单例在第一次调用getInstance()方法时创建实例，实现延迟加载。

public class Singleton {
    private static Singleton instance;

    private Singleton() {
        // 私有构造函数
    }

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

饿汉式

饿汉式单例在类加载时就创建实例，确保实例的唯一性。

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

    private Singleton() {
        // 私有构造函数
    }

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

4. 多线程安全

在多线程环境下，单例模式需要保证线程安全。懒汉式单例在多线程环境下可能出现多个实例，因此需要添加同步机制。

public class Singleton {
    private static volatile Singleton instance;

    private Singleton() {
        // 私有构造函数
    }

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

5. 静态内部类

静态内部类单例模式通过静态内部类实现单例，确保线程安全，同时延迟加载。

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

    private Singleton() {
        // 私有构造函数
    }

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

单例模式的实战应用

1. 数据库连接池

数据库连接池是一种常用的单例模式应用，它确保数据库连接的唯一性和复用性。

public class DatabaseConnectionPool {
    private static final int MAX_CONNECTIONS = 10;
    private static final List<Connection> connections = new ArrayList<>();

    private DatabaseConnectionPool() {
        // 初始化连接池
        for (int i = 0; i < MAX_CONNECTIONS; i++) {
            Connection connection = DriverManager.getConnection("jdbc:mysql://localhost:3306/db", "username", "password");
            connections.add(connection);
        }
    }

    public static Connection getConnection() {
        if (connections.isEmpty()) {
            return null;
        }
        return connections.remove(connections.size() - 1);
    }

    public static void releaseConnection(Connection connection) {
        connections.add(connection);
    }
}

2. 日志记录器

日志记录器是一种常见的单例模式应用，它确保全局只有一个日志记录器实例。

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

    private Logger() {
        // 初始化日志记录器
    }

    public void log(String message) {
        // 记录日志
    }
}

总结

单例模式是一种简单实用的设计模式，在许多场景下都有广泛的应用。通过本文的解析，相信读者已经对单例模式有了深入的了解。在实际应用中，应根据具体需求选择合适的单例模式实现方式。

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