什么是单例模式，如何实现一个单例？

问题

什么是单例模式，如何实现一个单例？

答案

1. 核心概念

单例模式（Singleton Pattern） 是一种创建型设计模式，确保一个类在整个应用程序生命周期中只有一个实例，并提供全局访问点。

典型应用场景：

数据库连接池、线程池
配置管理器、日志管理器
Spring 中的 Bean 默认是单例
系统全局缓存、计数器

2. 实现方式与原理

方式1：饿汉式（线程安全）

public class Singleton {
    // 类加载时即创建实例
    private static final Singleton INSTANCE = new Singleton();

    private Singleton() {}

    public static Singleton getInstance() {
        return INSTANCE;
    }
}

特点：

✅ 天然线程安全（类加载机制保证）
✅ 实现简单
❌ 可能造成资源浪费（类加载时就创建，即使不使用）

方式2：懒汉式（线程不安全）

public class Singleton {
    private static Singleton instance;

    private Singleton() {}

    public static Singleton getInstance() {
        if (instance == null) {
            instance = new Singleton();
        }
        return instance;
    }
}

特点：

❌ 多线程下会创建多个实例
✅ 延迟加载

方式3：懒汉式同步方法（线程安全但低效）

public class Singleton {
    private static Singleton instance;

    private Singleton() {}

    public static synchronized Singleton getInstance() {
        if (instance == null) {
            instance = new Singleton();
        }
        return instance;
    }
}

特点：

✅ 线程安全
❌ 性能差（每次调用都要同步）

方式4：双重检查锁（推荐）

public class Singleton {
    // volatile 防止指令重排序
    private static volatile Singleton instance;

    private Singleton() {}

    public static Singleton getInstance() {
        if (instance == null) {  // 第一次检查（无锁）
            synchronized (Singleton.class) {
                if (instance == null) {  // 第二次检查（加锁）
                    instance = new Singleton();
                }
            }
        }
        return instance;
    }
}

关键点：

volatile 必不可少：防止指令重排序导致返回未初始化完成的对象
双重检查：第一次检查避免不必要的同步，第二次检查防止创建多个实例
兼顾性能与线程安全

方式5：静态内部类（推荐）

public class Singleton {
    private Singleton() {}

    // 静态内部类在使用时才加载
    private static class SingletonHolder {
        private static final Singleton INSTANCE = new Singleton();
    }

    public static Singleton getInstance() {
        return SingletonHolder.INSTANCE;
    }
}

特点：

✅ 延迟加载（调用 getInstance() 时才加载内部类）
✅ 线程安全（类加载机制保证）
✅ 性能好（无同步开销）
最佳实践之一

方式6：枚举（最安全，推荐）

public enum Singleton {
    INSTANCE;

    public void doSomething() {
        // 业务方法
    }
}

特点：

✅ 天然线程安全
✅ 防止反序列化创建新实例
✅ 防止反射攻击
《Effective Java》推荐方式

3. 线程安全与性能考量

实现方式	线程安全	延迟加载	性能	推荐指数
饿汉式	✅	❌	⭐⭐⭐	⭐⭐⭐
懒汉式（不同步）	❌	✅	⭐⭐⭐	❌
懒汉式（同步方法）	✅	✅	⭐	⭐
双重检查锁	✅	✅	⭐⭐⭐	⭐⭐⭐⭐
静态内部类	✅	✅	⭐⭐⭐	⭐⭐⭐⭐⭐
枚举	✅	❌	⭐⭐⭐	⭐⭐⭐⭐⭐

注意事项：

防反射攻击：在构造方法中加入判断，枚举天然防护
防序列化破坏：实现 readResolve() 方法或使用枚举
分布式环境：JVM 级别单例无法保证分布式唯一性，需要分布式锁或注册中心

4. 答题总结

简洁回答模板：

“单例模式确保类只有一个实例并提供全局访问点。常用于线程池、配置管理等场景。

主要实现方式：

饿汉式：类加载时创建，线程安全但无延迟加载
双重检查锁：需要 volatile 防止指令重排序
静态内部类：利用类加载机制，兼顾延迟加载和线程安全
枚举：最安全，防反射和反序列化

推荐使用静态内部类或枚举实现，前者写法优雅且高效，后者最安全。”