设计模式-单例模式

单例模式（Singleton Pattern）是一种常用的设计模式，它确保一个类在整个应用程序的生命周期中只创建一个实例，并提供一个全局访问点来获取这个实例。这种模式常用于那些需要频繁实例化但又希望限制实例数量的场景，以节省系统资源、控制共享访问或提供全局服务。

1.主要特点

唯一性：确保在任何给定的时间点，该类只有一个实例存在。
全局访问点：提供一个全局访问方法，使得整个程序中的任何部分都能访问到这个唯一的实例。
控制实例化过程：单例类通常会控制其自身的实例化过程，防止外部通过构造函数直接创建实例。

使用Java语言实现单例模式的一种经典方式，采用双重检查锁定（Double-Checked Locking）来确保线程安全的同时提高效率：

public class Singleton {
    private volatile static Singleton uniqueInstance;

    private Singleton() {
        // 私有构造方法，防止外部直接创建实例
    }

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

这段代码中，Singleton 类只有一个私有的静态实例 uniqueInstance，并通过一个公有的静态方法 getInstance() 提供对这个唯一实例的访问。双重检查锁定确保了只有在第一次实例化时才会进行同步操作，这样既保证了线程安全，又避免了每次调用 getInstance() 方法时都进行同步操作，从而提高了性能。

2.优点

资源控制与节约：因为系统中只存在一个实例，可以有效避免因创建多个实例而导致的资源浪费，尤其是对于那些创建成本较高的对象来说，比如数据库连接池、线程池等。
全局访问：提供了一个全局访问点，任何地方都可以轻松访问到这个实例，这简化了对共享资源的访问逻辑。
线程安全：正确实现的单例模式可以天然支持线程安全，确保在多线程环境下的正确性，比如通过双重检查锁定等技巧。
模块间解耦：通过单例模式，可以将全局使用的组件以统一的方式暴露给整个系统，减少了模块间的直接依赖，提高了系统的灵活性和可维护性。
可扩展性：虽然单例类本身难以扩展，但通过接口和依赖注入等方式，可以灵活地替换或增强单例类的功能，从而达到一定程度的扩展性。

3.缺点

扩展困难：由于单例类的实例是全局唯一的，如果需要对其实现进行修改，可能会影响到整个系统，特别是当单例类承担了过多的责任时，这种耦合度高的设计会增加维护难度。
测试复杂性：在单元测试中，单例对象的状态会在测试之间保持，这可能导致测试之间的相互影响。此外，由于无法轻易地创建多个实例，模拟（Mock）单例对象以进行隔离测试变得较为困难。
违背单一职责原则：如果单例类承担了过多的职责，可能会违反单一职责原则，使得类变得庞大且难以维护。
隐藏的依赖关系：过度使用单例可能会导致类之间的依赖关系变得不透明，使得代码阅读和理解更加困难。
并发问题：虽然双重检查锁定等技术可以解决多线程下的实例化问题，但在复杂的并发环境下，不当的实现仍可能导致线程安全问题。