单例模式（Singleton Pattern）是一种常用的软件设计模式，它的核心意图是确保一个类在整个系统中只有一个实例，并提供一个全局访问点。这样的设计可以避免资源浪费，尤其在处理那些需要共享状态且频繁使用的对象时，例如日志记录器、配置管理器或者数据库连接池。
在Java中，单例模式的实现通常有两种主要方式：饿汉式和懒汉式。
**饿汉式单例**：
在饿汉式单例中，类在加载时就完成了实例化，这种方式保证了线程安全，但可能会造成资源的浪费，因为即使单例未被使用，也会在类加载时创建实例。
```java
public class EagerSingleton {
private static final EagerSingleton instance = new EagerSingleton();
private EagerSingleton() {}
public static EagerSingleton getInstance() {
return instance;
}
}
```
**懒汉式单例**：
懒汉式单例是在首次被调用时才进行实例化，延迟了对象的创建，节省了资源。但如果不处理多线程问题，可能会创建多个实例。典型的懒汉式单例如下：
```java
public class LazySingleton {
private static LazySingleton uniqueInstance;
private LazySingleton() {}
public static synchronized LazySingleton getInstance() {
if (uniqueInstance == null) {
uniqueInstance = new LazySingleton();
}
return uniqueInstance;
}
}
```
这里的`synchronized`关键字确保了线程安全，但在高并发环境下，同步操作可能会成为性能瓶颈。
为了解决这个问题，可以采用双检锁/双重校验锁（Double-Check Locking，DCL）的懒汉式单例，这种方式既延迟了初始化，又保证了线程安全：
```java
public class DCLLazySingleton {
private volatile static DCLLazySingleton uniqueInstance;
private DCLLazySingleton() {}
public static DCLLazySingleton getInstance() {
if (uniqueInstance == null) {
synchronized (DCLLazySingleton.class) {
if (uniqueInstance == null) {
uniqueInstance = new DCLLazySingleton();
}
}
}
return uniqueInstance;
}
}
```
`volatile`关键字保证了`uniqueInstance`的可见性和有序性，使得多个线程能正确地感知到`uniqueInstance`的初始化状态。
此外，Java 5引入的枚举也可以用来实现线程安全的单例模式，这是最简单也最安全的方式，因为它自动处理了序列化和多线程问题：
```java
public enum EnumSingleton {
INSTANCE;
public void singletonMethod() {
// ...
}
}
```
在Java中，`Runtime`类就是一个单例模式的应用实例，每个Java应用都有一个`Runtime`对象，它提供了与Java运行环境交互的方法，如执行外部命令。
总结起来，单例模式的主要特点是：
1. 类的实例化控制在类自身内部，且只实例化一次。
2. 提供一个全局访问点，通常是一个静态的`getInstance()`方法。
3. 构造方法通常是私有的，防止其他类通过new操作符实例化。
4. 需要考虑多线程环境下的线程安全性，以防止多个实例的产生。
单例模式的应用场景包括：配置管理、缓存管理、日志记录、注册表等。正确理解和运用单例模式，能够有效地优化系统资源的使用，提高程序的效率和可维护性。
