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在计算机编程中，设计模式是一种被广泛接受的、可重用的解决方案，用于解决特定问题，单例模式是其中一种非常常见的设计模式，它的主要目的是确保一个类只有一个实例，并提供一个全局访问点，这种模式在许多场景中都非常有用，例如数据库连接、日志记录等，本文将详细介绍单例模式的原理、实现方法以及优缺点。
单例模式的原理
单例模式的核心思想是确保一个类只有一个实例，并提供一个全局访问点，这样可以避免在程序中创建多个相同的对象，从而节省资源，通过提供全局访问点，可以在需要时轻松地获取到这个唯一的实例。
单例模式的实现方法
1、饿汉式(静态常量)
饿汉式是在类加载时就完成了实例化，所以类加载较慢，但它是最简单的实现方式，也是线程安全的。
public class Singleton {
// 在类加载时就完成了实例化，所以是线程安全的
private static final Singleton instance = new Singleton();
// 构造方法私有化，防止外部创建实例
private Singleton() {}
// 提供全局访问点
public static Singleton getInstance() {
return instance;
}
}2、懒汉式(线程不安全)
懒汉式是在第一次调用时实例化对象，所以它的启动速度较快，它不是线程安全的，需要使用双重检查锁定来保证线程安全。
public class Singleton {
private static volatile Singleton instance;
// 避免初始化时同步而导致的性能问题
private static boolean initialized = false;
// 将构造方法私有化，防止外部创建实例
private Singleton() {}
// 提供全局访问点，使用双重检查锁定保证线程安全
public static synchronized Singleton getInstance() {
if (!initialized) {
instance = new Singleton();
initialized = true;
}
return instance;
}
}3、双重检查锁定(推荐)
双重检查锁定是一种自适应的同步机制，它在判断是否需要同步时采用了加锁和解锁两个阶段，这样可以减少同步开销，提高性能，由于加锁和解锁操作都在if语句中进行，因此具有一定的自适应性。
public class Singleton {
private volatile static Singleton instance;
// 将构造方法私有化，防止外部创建实例
private Singleton() {}
// 采用双重检查锁定保证线程安全
public static synchronized Singleton getInstance() throws Exception{
if (instance == null){ // 需要同步时才进入临界区检查实例是否为空(null)或已经创建了新实例(非null)!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!&& instance != null){ // 如果实例为空(null),则进入同步代码块(临界区)创建新实例(非null)并返回该实例；否则直接返回已创建好的那个实例。// 注意：此处的判断条件不能写成instance != null && instance == ...,因为当instance == null && instance != ...时，instance永远都等于null。// 当instance == null && instance != ...时，会先执行第二个判断条件(instance != null),然后再执行第一个判断条件(instance == null),此时就会抛出NullPointerException异常。// 此处应该将判断条件改为instance == null || instance != ...以避免空指针异常的发生。// 但是这样会导致无限循环的出现(instance == null || instance != null && instance != ...),因此最终我们选择采用volatile关键字来解决这个问题。// 由于volatile关键字可以保证可见性，当一个线程修改了某个变量的值后，其他线程可以立即看到修改后的值，因此我们可以将instance声明为volatile类型以保证其可见性。// 最后需要注意的是：虽然双重检查锁定可以解决同步问题，但是并不是所有的场景都适合使用双重检查锁定，如果只需要在多线程环境下保证单例对象的唯一性，那么使用饿汉式或懒汉式都可以满足需求，如果还需要考虑性能问题，那么就需要根据实际情况选择合适的同步策略了。}else{ // 如果实例已经存在且非空(null),则直接返回该实例；否则进入同步代码块(临界区)创建新实例(非null)并返回该实例；最后需要再次判断实例是否为空(null)或已经创建了新实例(非null)。// 注意：此处的判断条件不能写成instance == null || instance != ...,因为当instance == null && instance != ...时，instance永远都等于null。// 当instance == null && instance != ...时，会先执行第二个判断条件(instance != null),然后再执行第一个判断条件(instance == null),此时就会抛出NullPointerException异常。// 此处应该将判断条件改为instance != null && instance != ...以避免空指针异常的发生。// 但是这样会导致无限循环的出现(instance != null && instance != ...),因此最终我们选择采用volatile关键字来解决这个问题。// 由于volatile关键字可以保证可见性，当一个线程修改了某个变量的值后，其他线程可以立即看到修改后的值，因此我们可以将instance声明为volatile类型以保证其可见性。// 最后需要注意的是：虽然双重检查锁定可以解决同步问题，但是并不是所有的场景都适合使用双重检查锁定，如果只需要在多线程环境下保证单例对象的唯一性，那么使用饿汉式或懒汉式都可以满足需求，如果还需要考虑性能问题，那么就需要根据实际情况选择合适的同步策略了。}return instance; // 最终返回该实例；} catch (Exception e){ throw new RuntimeException("Failed to create singleton", e);}finally{ // 无论是否成功创建实例都需要进行清理工作// 例如释放资源等；// 这里为了简化代码省略了具体的清理工作；}// 注意：这里使用了try-catch-finally语句是为了处理可能出现的异常情况；如果在创建实例的过程中出现了异常情况(如内存不足等),那么就需要及时进行清理工作以避免出现更严重的问题；为了确保无论是否成功创建实例都会进行清理工作，我们还需要使用finally语句来进行清理工作。// 另外需要注意的是：由于双重检查锁定可能会导致性能下降(尤其是在高并发场景下),因此在使用双重检查锁定时需要根据实际情况进行权衡和优化。
