设计模式之单例模式

单例模式确保一个类只有一个实例，并且自行实例化并向整个系统提供这个实例
单例模式的主要作用是确保一个类只有一个实例存在

使用场景：
● 作为序列号生成器
● Web页面的计数器，避免每次刷新都在数据库中增加技术，先缓存起来
● 创建消耗资源过多的对象，如I/O与数据库连接等

单例模式存在7种实现方法
主要分为饿汉式和懒汉式
饿汉式：类加载就会导致该单实例对象被创建
懒汉式：类加载不会导致该单实例对象被创建，而是首次使用该对象时才会创建。

这里示范实现单例模式的最佳方法：以枚举的方式来实现单例模式并使用（实现序列号生成器）

public enum SequenceGenerator {
    INSTANCE;

    private int sequenceNumber;

    // 构造函数，初始化序列号为0
    private SequenceGenerator() {
        this.sequenceNumber = 0;
    }

    /**
     * 获取下一个序列号。
     * @return 下一个序列号
     */
    public synchronized int getNextSequenceNumber() {
        return sequenceNumber++;
    }
}

// 测试类
public class SequenceGeneratorTest {
    public static void main(String[] args) {
        // 创建一个线程安全的列表来存储生成的序列号
        List<Integer> sequenceNumbers = new CopyOnWriteArrayList<>();

        // 创建多个线程来测试并发生成序列号
        ExecutorService executorService = Executors.newFixedThreadPool(10);
        for (int i = 0; i < 1000; i++) {
            executorService.submit(() -> {
                int seq = SequenceGenerator.INSTANCE.getNextSequenceNumber();
                sequenceNumbers.add(seq);
            });
        }
        executorService.shutdown();
        try {
            executorService.awaitTermination(1, TimeUnit.MINUTES);
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }

        // 输出所有生成的序列号，检查是否有重复
        System.out.println(sequenceNumbers);
        System.out.println("Total generated sequences: " + sequenceNumbers.size());
    }
}

结果输出是

在这个示例中，SequenceGenerator 是一个枚举类，它有一个私有的 sequenceNumber 字段用于存储当前的序列号。getNextSequenceNumber 方法是线程安全的，因为它被声明为 synchronized，确保在多线程环境下不会发生序列号冲突。
在 SequenceGeneratorTest 类中，我们使用了一个 ExecutorService 来模拟并发环境，并使用了一个线程安全的 CopyOnWriteArrayList 来收集生成的序列号，以便验证序列号的正确性。
请注意，虽然 synchronized 关键字能保证线程安全，但在高并发场景下可能会影响性能。如果序列号生成器需要在非常高的并发下工作，可能需要考虑更高效的算法，例如使用原子变量（如 AtomicInteger）或者分布式序列号生成方案。