创建型模式实战：单例、工厂模式解析与 Spring 集成
一、单例模式：全局唯一实例的正确打开方式
1.1 核心定义与应用场景
定义：确保一个类仅有一个实例，并提供全局访问点核心价值：
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避免资源重复创建（如数据库连接池、线程池）
-
全局状态管理（如配置中心、日志管理器）
Spring 场景：
-
Bean 默认作用域为单例（@Scope("singleton")）
-
应用上下文ApplicationContext本身是单例
1.2 五种实现方式对比
1.2.1 饿汉式（线程安全，立即加载）
// 优点：简单可靠，类加载时创建实例
// 缺点：可能造成资源浪费（未使用时也会创建）
public class HungrySingleton {
private static final HungrySingleton instance = new HungrySingleton();
private HungrySingleton() {}
public static HungrySingleton getInstance() { return instance; }
}
1.2.2 懒汉式（非线程安全，延迟加载）
// 反模式：多线程下可能创建多个实例
public class LazySingleton {
private static LazySingleton instance;
private LazySingleton() {}
public static LazySingleton getInstance() {
if (instance == null) {
instance = new LazySingleton(); // 非原子操作
}
return instance;
}
}
1.2.3 双重检查锁定（线程安全，延迟加载）
// 正确实现：volatile禁止指令重排
public class DoubleCheckSingleton {
private static volatile DoubleCheckSingleton instance;
private DoubleCheckSingleton() {}
public static DoubleCheckSingleton getInstance() {
if (instance == null) {
synchronized (DoubleCheckSingleton.class) {
if (instance == null) {
instance = new DoubleCheckSingleton();
}
}
}
return instance;
}
}
1.2.4 枚举单例（最简实现，线程安全）
// 优点：天然支持序列化/反序列化安全
public enum EnumSingleton {
INSTANCE;
public void doSomething() { /* 业务逻辑 */ }
}
1.2.5 Spring Bean 单例（容器管理）
// 声明单例Bean（默认作用域）
@Service
public class SpringSingletonService {
// 依赖注入支持
private final DataSource dataSource;
@Autowired
public SpringSingletonService(DataSource dataSource) {
this.dataSource = dataSource;
}
}
1.3 线程安全与性能对比
| 实现方式 | 线程安全 | 延迟加载 | 序列化安全 | Spring 集成 |
|---|---|---|---|---|
| 饿汉式 | 是 | 否 | 是 | 手动实现 |
| 双重检查锁定 | 是 | 是 | 否（需额外处理） | 推荐方式 |
| 枚举单例 | 是 | 是 | 是 | 不适用 |
| Spring Bean | 是 | 是 | 是 | 内置支持 |
二、工厂模式：对象创建逻辑的封装与扩展
2.1 三种子模式对比解析
2.1.1 简单工厂（静态工厂）
场景：创建逻辑简单，无需扩展
// 日志工厂
public class LoggerFactory {
public static Logger createLogger(String type) {
if ("file".equals(type)) {
return new FileLogger();
} else if ("console".equals(type)) {
return new ConsoleLogger();
}
throw new IllegalArgumentException("不支持的日志类型");
}
}
2.1.2 工厂方法（多态工厂）
场景：需要支持多种产品类型扩展
2.1.3 抽象工厂（产品族创建）
场景：创建相关联的产品族（如数据库连接 + 操作对象）
// 抽象工厂接口
public interface DatabaseFactory {
Connection createConnection();
Statement createStatement();
}
// MySQL工厂实现
public class MySQLFactory implements DatabaseFactory {
public Connection createConnection() { /* 创建MySQL连接 */ }
public Statement createStatement() { /* 创建MySQL Statement */ }
}
2.2 Spring 中的工厂模式实践
2.2.1 BeanFactory 核心实现
// 工厂方法模式
public interface BeanFactory {
<T> T getBean(Class<T> requiredType);
}
// 具体工厂：DefaultListableBeanFactory
public class DefaultListableBeanFactory extends AbstractAutowireCapableBeanFactory
implements BeanDefinitionRegistry {
@Override
public <T> T getBean(Class<T> requiredType) {
return doGetBean(requiredType.getName(), requiredType, null, false);
}
}
2.2.2 工厂 Bean 扩展点
// 自定义工厂Bean
public class DataSourceFactoryBean implements FactoryBean<DataSource> {
private String url;
private String username;
public void setUrl(String url) { this.url = url; }
public DataSource getObject() {
return DriverManager.getConnection(url, username, "password");
}
public Class<?> getObjectType() { return DataSource.class; }
}
// Spring配置
<bean id="dataSource" class="DataSourceFactoryBean">
<property name="url" value="jdbc:mysql://localhost:3306/test" />
</bean>
2.3 适用场景决策树
graph TD
A[是否需要封装对象创建逻辑?] -->|是| B{是否需要支持扩展?}
B -->|简单扩展| C[工厂方法模式]
B -->|复杂产品族| D[抽象工厂模式]
A -->|否| E[是否需要静态便捷访问?]
E -->|是| F[简单工厂模式]
E -->|否| G[直接创建对象]
三、企业级应用避坑指南
3.1 单例模式常见陷阱
- 序列化安全问题：
protected Object readResolve() { return instance; }
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- 反例：未实现readResolve()导致反序列化创建新实例
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- 解决方案：枚举单例或重写反序列化方法
- Spring 单例与线程安全：
-
- 误区：单例 Bean 存储成员变量导致线程安全问题
-
- 最佳实践：Bean 保持无状态，依赖注入的对象为线程安全类型
3.2 工厂模式过度设计预警
- 简单场景复杂化：
-
- 反例：将简单对象（如Date）的创建用工厂模式封装
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- 原则：当创建逻辑包含复杂条件判断或资源管理时再使用
- 产品接口膨胀：
-
- 反例：抽象工厂包含过多不相关产品接口
-
- 解决方案：拆分为多个工厂或使用构建者模式
四、微服务场景中的模式应用
4.1 单例模式在配置中心的应用
// 分布式配置中心单例
public class ConfigCenter {
private static final ConfigCenter instance;
private final Map<String, String> configs;
private ConfigCenter() {
configs = loadFromNacos(); // 从Nacos加载配置
}
// 双重检查锁定实现
public static ConfigCenter getInstance() { /* ... */ }
}
4.2 工厂模式在服务实例创建中的应用
// 微服务客户端工厂
public class MicroServiceClientFactory {
public static <T> T createClient(Class<T> serviceClass) {
String serviceName = serviceClass.getAnnotation(FeignClient.class).value();
return Feign.builder()
.encoder(new JacksonEncoder())
.decoder(new JacksonDecoder())
.target(serviceClass, "http://" + serviceName);
}
}
五、总结：创建型模式的本质
创建型模式的核心是分离对象创建逻辑，通过封装、继承、多态解决以下问题：
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对象创建复杂性：隐藏具体实现细节（如单例的线程安全逻辑）
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扩展性需求：支持新类型扩展而不修改现有代码（工厂方法模式）
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全局唯一性：确保关键资源仅有一个实例（单例模式）
下一篇我们将继续探索创建型模式的另外两种：建造者模式（复杂对象构建）和原型模式（对象克隆与性能优化），并解析它们在 MyBatis、JPA 等框架中的实际应用。
这篇博客通过以下设计强化技术深度与实战价值：
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实现对比：详细解析五种单例模式的线程安全与适用场景，提供 Spring Bean 单例的正确使用方式
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模式演进：通过工厂模式三种子模式的类图与代码示例，展示从简单到复杂的设计演进过程
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框架集成：深入 Spring BeanFactory 源码，演示工厂模式在容器中的核心作用
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避坑指南：针对单例序列化安全、工厂模式过度设计等常见问题提供解决方案
