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Java面试中问单例模式如何回答

ai 2025/7/27 18:47:42

1. 什么是单例模式？

单例模式（Singleton Pattern）是一种设计模式，确保某个类在整个应用中只有一个实例，并且提供全局访问点。它有以下特点：

确保只有一个实例。
提供全局访问点。
防止多次实例化，节约资源。

2. 如何实现单例模式？

单例模式有多种实现方式，以下是最常见的几种。

2.1 饿汉式（Eager Initialization）

饿汉式单例模式在类加载时就创建实例，线程安全，但是如果不使用这个类，实例也会被创建，可能导致内存浪费。

public class Singleton {// 在类加载时就创建实例，线程安全private static final Singleton instance = new Singleton();// 私有构造函数，防止外部实例化private Singleton() {}// 提供全局访问点public static Singleton getInstance() {return instance;}
}

优点：

实现简单。
线程安全。

缺点：

可能会导致内存浪费，尤其是当实例并不一定被使用时。

2.2 懒汉式（Lazy Initialization）

懒汉式单例模式是在首次使用时才创建实例，但在多线程环境下，需要注意线程安全问题。

public class Singleton {// 延迟加载实例private static Singleton instance;// 私有构造函数，防止外部实例化private Singleton() {}// 提供全局访问点，使用 synchronized 以确保线程安全public static synchronized Singleton getInstance() {if (instance == null) {instance = new Singleton();}return instance;}
}

优点：

节省内存资源，实例只有在需要时才会创建。

缺点：

使用了 synchronized，会影响性能，因为每次获取实例时都要加锁。

2.3 双重检查锁（Double-Checked Locking）

为了解决懒汉式的性能问题，可以使用双重检查锁定（Double-Checked Locking），确保线程安全且避免每次调用都加锁。

public class Singleton {// volatile 确保多线程下的可见性private static volatile Singleton instance;// 私有构造函数，防止外部实例化private Singleton() {}// 双重检查锁定public static Singleton getInstance() {if (instance == null) {synchronized (Singleton.class) {if (instance == null) {instance = new Singleton();}}}return instance;}
}

优点：

线程安全。
延迟加载，性能比懒汉式更好。

缺点：

代码较为复杂。
需要使用 volatile 关键字，确保线程间的可见性。

2.4 静态内部类（Bill Pugh Singleton）

利用静态内部类实现单例，既能保证线程安全，又能实现延迟加载，推荐使用。

public class Singleton {// 静态内部类，只有在第一次使用时才会加载private static class SingletonHelper {private static final Singleton INSTANCE = new Singleton();}// 私有构造函数，防止外部实例化private Singleton() {}// 提供全局访问点public static Singleton getInstance() {return SingletonHelper.INSTANCE;}
}

优点：

延迟加载，性能好。
线程安全，利用 classloader 的机制保证了单例。

缺点：

代码相对较简洁清晰，但需要理解静态内部类的机制。

3. Java 框架中的单例模式实现分析

许多流行的 Java 框架也使用了单例模式。这里我们通过分析 Spring Framework 的单例模式实现来说明其工作原理。

3.1 Spring 中的单例 Bean

Spring 使用单例模式来管理 Bean 默认的作用域。在 Spring 中，单例模式的实现是通过 DefaultListableBeanFactory 来实现的。

Spring 框架源码分析：

public class DefaultListableBeanFactory extends AbstractBeanFactory {private final Map<String, Object> singletonObjects = new ConcurrentHashMap<>();@Overridepublic Object getBean(String name) {Object bean = this.singletonObjects.get(name);if (bean == null) {bean = createBean(name);this.singletonObjects.put(name, bean);}return bean;}
}