什么情况下需要使用单例模式

单例模式概述

定义：
单例模式（Singleton Pattern）确保一个类只有一个实例，并提供全局访问点。
实现：
私有构造器 + 静态实例（如双重检查锁）。

什么情况下需要使用单例模式

全局唯一资源管理：需要一个全局共享的实例。
控制并发访问：避免多实例冲突。
高资源开销对象：创建成本高，需复用。
配置或状态共享：多个模块共享一致数据。
替代全局变量：提供受控的全局访问。

核心点

单例适用于需要唯一性、共享性和资源控制的场景。

1. 适用场景详解

(1) 全局唯一资源管理

需求：
系统中某资源只能有一个实例，如线程池、数据库连接池。
示例：
线程池管理：

public class ThreadPool {
    private static final ThreadPool instance = new ThreadPool();
    private ThreadPool() { /* 初始化线程池 */ }
    public static ThreadPool getInstance() { return instance; }
}

场景：
Java 的 Runtime 类（JVM 运行时环境）。

(2) 控制并发访问

需求：
多线程访问共享资源，避免竞争或重复创建。
示例：
日志管理器：

public class Logger {
    private static Logger instance;
    private Logger() {}
    public static synchronized Logger getInstance() {
        if (instance == null) instance = new Logger();
        return instance;
    }
    public void log(String msg) { System.out.println(msg); }
}

场景：
避免多线程写日志冲突。

(3) 高资源开销对象

需求：
对象创建耗时或占内存大，需单例复用。
示例：
数据库连接：

public class DBConnection {
    private static DBConnection instance = new DBConnection();
    private Connection conn;
    private DBConnection() { conn = DriverManager.getConnection("url"); }
    public static DBConnection getInstance() { return instance; }
}

场景：
频繁创建连接影响性能。

(4) 配置或状态共享

需求：
系统多个部分需访问同一配置或状态。
示例：
配置管理：

public class Config {
    private static Config instance = new Config();
    private Map<String, String> settings = new HashMap<>();
    private Config() { settings.put("key", "value"); }
    public static Config getInstance() { return instance; }
    public String get(String key) { return settings.get(key); }
}

场景：
应用全局配置（如 Spring 的 ApplicationContext）。

(5) 替代全局变量

需求：
避免全局变量的无序访问，提供封装和控制。
示例：
计数器：

public class Counter {
    private static Counter instance = new Counter();
    private int count = 0;
    private Counter() {}
    public static Counter getInstance() { return instance; }
    public synchronized void increment() { count++; }
}

场景：
统计访问次数。

2. 不适用单例的场景

频繁创建销毁：
单例生命周期长，不适合临时对象。
状态不共享：
每个实例需独立状态时用多例。
测试困难：
单例全局状态难 Mock。

3. 单例模式的优缺点

优点

节省资源，保证唯一性。
简化访问，控制并发。

缺点

单点故障风险。
扩展性差（如需多实例）。

4. 延伸与面试角度

与框架：
Spring 默认 Bean 是单例。
实现方式：
懒加载、饿汉式、枚举。
实际应用：
日志、配置、连接池。
面试点：
问“场景”时，提资源管理和并发。
问“实现”时，提线程安全。

总结

单例模式适用于全局唯一资源、并发控制、高开销对象、共享状态和替代全局变量的场景，确保资源复用和一致性。面试时，可提具体例子（如日志器）或代码，展示理解深度。