前言
在軟體系統中，有時我們需要確保某個類別在整個系統中只存在唯一的實例 (instance) 物件，或者需要一個全域存取點 (global access point) 來管理全域性資源。例如系統中的設定管理、日誌記錄、設備監控等，都不適合有多個實例同時運行。
若讓這些類別可以任意實例化，可能導致系統資源浪費、狀態不一致，甚至引發嚴重的邏輯錯誤。我們需要一種機制來約束類別只能建立單一實例，並提供一個全域存取點。
Singleton 模式的核心價值在於，它確保類別僅存在唯一實例，並提供統一的存取方式，從而保證系統資源的合理利用與全域狀態的一致性。
以《水滸傳》中的宋江為例，他作為梁山泊的唯一領袖，統籌管理整個寨子的事務。梁山好漢們有事都要找大哥宋江商議，無事則一同享樂。宋江是梁山泊的唯一權威中心，確保了山寨上下令行禁止，避免了多頭領導可能造成的混亂。這種「唯一實例、全域存取」的特性正體現了 Singleton 模式的精髓。
宋江一統梁山泊 – 單例模式
自從宋江上梁山泊以來，山寨聲勢越發興旺。四方豪傑聞風而來，紛紛投奔梁山。** 只今梁山泊上共有大小頭領三十六員，便是魯智深、武松、林沖這般英雄好漢，也都讓他是大哥。** 宋江待眾頭領如同手足，有事共商，無事同樂，梁山上下一片和氣。每日操練軍馬，積蓄糧草，招納四方好漢，打造兵器，整頓戰船，以備不時之需。宋江更是廣施恩德，救濟貧民，打富濟貧，名聲遠播。
《水滸傳》中，宋江作為梁山泊的頭領，是整個梁山泊的唯一領導者，符合 Singleton 模式中「唯一實例」的特性。
梁山泊的好漢們均是透過宋江來取得行動的資訊，這體現了Singleton 模式中「全域存取點」的原則。
宋江的存在確保了梁山泊的統一與秩序，避免了多頭領導的混亂。這種「有事共商，無事同樂」正是體現了 Singleton 模式對共享資源的統一管理，避免衝突和不一致狀態的設計目的。
下圖為應用 Singleton 模式來解析宋江角色的類別圖。
眾英雄好漢 (client) 調用 Getinsance() 方法以取得唯一的宋江實例，而其它方法如 分配職務()、有事共商()、無事同樂() 則代表宋江作為單例所提供的功能。
Singleton 模式核心概念
Singleton 模式是一種生成式 (creational) 設計模式，其目的是確保一個類別在整個應用程式中只有一個實例存在，並提供一個全域存取點讓其它程式碼能夠方便地使用該實例。Singleton 模式的主要特點包括：
- 唯一性：確保類別在系統中只有一個實例存在，避免多實例可能造成的資源競爭與狀態不一致。
- 全域存取：提供一個靜態方法 (通常命名為 GetInstance 或 Instance)，作為全域訪問點，讓任何用戶端程式都能輕易取得該單一實例。
- 延遲初始化：大多數實現都採用「延遲載入 (lazy loading)」的方式，即在首次需要該實例時才進行初始化，節省系統資源。
Singleton 模式的典型實現包含三個核心元素：私有的靜態實例變數、私有的建構函式以及公有的靜態存取方法。在多執行緒環境中，還需要考慮線程安全問題，通常使用鎖定機制來確保單例的唯一性。
這種模式特別適用於需要統一管理共享資源的情境，如配置管理、連接池控制、日誌系統等。本章後續將介紹的表單編號產生器範例，Singleton 模式可確保產生的編號唯一且連續，避免多個產生器實例可能導致的編號重複問題。
Singleton 模式的效果、應用時機與其它案例
效果
- 確保唯一性，避免多實例引起衝突的問題。
- 提供全域存取點，簡化使用。
- 延遲初始化，節省系統資源。
- 維護全域狀態一致性。
應用時機
- 共享資源管理（如資料庫連接池）。
- 全域狀態統一控制（如配置管理）。
- 資源有限場景（如硬體設備管理）。
- 操作協調控制（如交易處理流程）。
其它應用案例
- 應用程式配置管理。
- 資料庫連接池。
- 系統日誌記錄。
- 視窗管理系統。
- 線程池管理。