单例模式的基本定义是什么？

八股文_设计模式面试题 0 7

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问题：单例模式的基本定义是什么？

单例模式（Singleton Pattern）是一种常用的设计模式，属于创建型模式。它的基本定义是：确保一个类只有一个实例，并提供一个全局访问点来获取该实例。单例模式的主要目的是控制实例的数量，以节省资源或确保一致性。

详细讲解与拓展

1. 单例模式的结构

单例类（Singleton）：这个类会在内部维护一个静态的唯一实例。通过提供一个静态方法来返回该实例，并确保外部无法直接创建该类的实例。
私有构造函数：构造函数私有化，防止外部直接实例化对象。
静态实例：类内部持有一个静态的实例，保证类只有一个实例。
静态方法：通过一个静态方法（如 getInstance()）来访问实例。

2. 单例模式的实现

单例模式有多种实现方式，常见的有懒汉式和饿汉式。

饿汉式：在类加载时就创建实例，线程安全，但可能造成资源浪费。
懒汉式：只有在第一次使用时才创建实例，节省资源，但需要考虑线程安全问题。
双重检查锁定（DCL）：结合懒汉式和饿汉式，既懒加载又保证线程安全，是一种高效的实现方式。

示例代码：

饿汉式实现：

public class Singleton {
    // 静态实例，立即创建
    private static final Singleton INSTANCE = new Singleton();

    // 私有构造函数，防止外部实例化
    private Singleton() {}

    // 提供公共的静态方法来获取实例
    public static Singleton getInstance() {
        return INSTANCE;
    }
}

懒汉式实现（线程不安全）：

public class Singleton {
    // 静态实例，延迟创建（线程不安全）
    private static Singleton instance;

    // 私有构造函数，防止外部实例化
    private Singleton() {}

    // 提供公共的静态方法来获取实例
    public static Singleton getInstance() {
        if (instance == null) {
            instance = new Singleton();
        }
        return instance;
    }
}

懒汉式实现（线程安全）：

public class Singleton {
    // 静态实例，延迟创建（线程安全）
    private static Singleton instance;

    // 私有构造函数，防止外部实例化
    private Singleton() {}

    // 提供公共的静态方法来获取实例，使用同步保证线程安全
    public synchronized static Singleton getInstance() {
        if (instance == null) {
            instance = new Singleton();
        }
        return instance;
    }
}

双重检查锁定实现：

public class Singleton {
    // 静态实例，延迟创建（双重检查锁定，线程安全）
    private static volatile Singleton instance;

    // 私有构造函数，防止外部实例化
    private Singleton() {}

    // 提供公共的静态方法来获取实例，使用双重检查锁定保证线程安全
    public static Singleton getInstance() {
        if (instance == null) {
            synchronized (Singleton.class) {
                if (instance == null) {
                    instance = new Singleton();
                }
            }
        }
        return instance;
    }
}

3. 核心优势
– 节省资源：由于实例只创建一次，避免了重复创建对象的开销。
– 全局访问点：在整个系统中，通过全局访问点可以确保类的唯一性，保证一致性。
– 延迟加载（懒汉式）：实例在第一次使用时才会创建，这样可以减少系统启动时的资源消耗。

4. 缺点
– 难以扩展：单例模式的类通常是全局共享的，不适合被子类化，扩展性差。
– 线程安全问题：在多线程环境下，懒汉式的实现需要特别小心，尤其是在没有双重检查锁定时。
– 违反单一职责原则：单例类通常会承担过多的责任，不利于维护和测试。

5. 常见应用场景
– 日志管理：一个应用程序通常只需要一个日志记录器实例。
– 配置管理：读取应用配置文件时，通常只需要一个配置管理类的实例。
– 线程池：线程池也常常使用单例模式来管理线程的创建与销毁。

总结

单例模式是设计模式中的经典模式之一，主要解决了如何确保类的唯一性并提供全局访问点的问题。它通过限制类的实例化次数，使得系统中只存在一个实例，节省了资源并保持了全局一致性。尽管它有一些缺点，但在合适的场景下，单例模式能够有效地减少对象创建的开销，提升性能。

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