单例模式通常用于哪些场景？举例说明。

八股文_设计模式面试题 0 58

参考回答

问题：单例模式通常用于哪些场景？举例说明。

单例模式通常用于以下几种场景：

共享资源管理
配置管理
日志记录
线程池管理
缓存管理

这些场景的共同点是需要保证全局只有一个实例存在，并且这个实例需要在整个系统中共享。

详细讲解与拓展

1. 共享资源管理

在一些场景下，系统需要管理一些资源，如数据库连接池、文件系统的访问等，只有一个资源管理器实例能够高效地协调和管理这些资源。

例子：数据库连接池

数据库连接池通常会使用单例模式来管理数据库连接的创建和释放。创建多个数据库连接池实例会浪费资源，而使用单例模式可以保证系统中只有一个连接池。

public class DatabaseConnectionPool {
    private static DatabaseConnectionPool instance;
    private Connection connection;

    private DatabaseConnectionPool() {
        // 初始化连接池，创建数据库连接
    }

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

    public Connection getConnection() {
        return connection;
    }
}

2. 配置管理

系统中通常会有一些全局的配置参数，如数据库配置、系统设置等。使用单例模式可以确保这些配置类只有一个实例，并且在全局范围内是共享的。

例子：配置管理类

public class ConfigurationManager {
    private static ConfigurationManager instance;
    private Properties properties;

    private ConfigurationManager() {
        properties = new Properties();
        // 加载配置文件
    }

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

    public String getConfig(String key) {
        return properties.getProperty(key);
    }
}

3. 日志记录

日志工具类也是单例模式的常见应用场景。一般来说，应用程序中会有一个全局的日志记录器实例，负责记录所有的日志信息。如果每次创建多个日志记录实例，会导致资源浪费和管理困难。

例子：日志管理类

public class Logger {
    private static Logger instance;

    private Logger() {}

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

    public void log(String message) {
        // 记录日志
        System.out.println(message);
    }
}

4. 线程池管理

在多线程环境中，线程池通常采用单例模式来避免创建多个线程池实例。使用单例模式能够高效管理线程池，控制线程的创建、销毁等操作。

例子：线程池管理

import java.util.concurrent.ExecutorService;
import java.util.concurrent.Executors;

public class ThreadPoolManager {
    private static ThreadPoolManager instance;
    private ExecutorService executorService;

    private ThreadPoolManager() {
        executorService = Executors.newFixedThreadPool(10);
    }

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

    public void execute(Runnable task) {
        executorService.execute(task);
    }
}

5. 缓存管理

缓存系统通常使用单例模式来管理缓存的创建与访问。通过单例模式可以确保整个系统中只有一个缓存实例，避免多次实例化缓存导致的资源浪费。

例子：缓存管理类

import java.util.HashMap;
import java.util.Map;

public class CacheManager {
    private static CacheManager instance;
    private Map<String, Object> cache;

    private CacheManager() {
        cache = new HashMap<>();
    }

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

    public void put(String key, Object value) {
        cache.put(key, value);
    }

    public Object get(String key) {
        return cache.get(key);
    }
}

总结

单例模式通常用于需要全局共享、且只需要一个实例的场景。它能够有效控制实例的数量，减少资源浪费，并确保全局状态的一致性。常见的应用场景包括：

共享资源管理（如数据库连接池）
配置管理（如应用程序配置）
日志记录（全局日志记录器）
线程池管理（统一管理线程池）
缓存管理（全局缓存）

在这些场景下，单例模式通过保证全局只有一个实例来优化性能并简化管理，使得系统的设计更加清晰和高效。