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单例模式总结

backend 2025/8/11 23:44:04

单例模式本身是一种设计模式，是否线程安全取决于具体实现方式。以下是不同单例实现方式的线程安全性分析及优化方案：

一、线程不安全的单例实现

1. 懒汉式（未同步）

public class Singleton {private static Singleton instance;private Singleton() {}public static Singleton getInstance() {if (instance == null) {                // 线程A和B可能同时进入此判断instance = new Singleton();        // 导致创建多个实例}return instance;}
}

问题：多线程同时调用 getInstance() 会破坏单例性。

二、线程安全的单例实现

1. 饿汉式（线程安全）

public class Singleton {private static final Singleton instance = new Singleton();private Singleton() {}public static Singleton getInstance() {return instance;  // 类加载时已初始化，JVM保证线程安全}
}

特点：

优点：实现简单，无锁性能高
缺点：无法延迟加载（即使未使用也会初始化）

2. 懒汉式（同步方法）

public class Singleton {private static Singleton instance;private Singleton() {}public static synchronized Singleton getInstance() {  // 方法级同步if (instance == null) {instance = new Singleton();}return instance;}
}

特点：

优点：实现简单，保证线程安全
缺点：每次调用都加锁，性能差（锁粒度太大）

3. 双重检查锁定（DCL，线程安全）

public class Singleton {private static volatile Singleton instance;  // 必须用volatileprivate Singleton() {}public static Singleton getInstance() {if (instance == null) {                  // 第一次检查（无锁）synchronized (Singleton.class) {     // 加锁if (instance == null) {          // 第二次检查（有锁）instance = new Singleton();  // volatile禁止指令重排序}}}return instance;}
}

关键点：

volatile 防止指令重排序（避免返回未初始化的对象）
减少锁竞争（仅首次创建时同步）

4. 静态内部类（线程安全）

public class Singleton {private Singleton() {}private static class Holder {static final Singleton INSTANCE = new Singleton();  // 类加载时初始化}public static Singleton getInstance() {return Holder.INSTANCE;  // 首次调用时加载Holder类}
}

特点：

结合懒加载与无锁线程安全
JVM保证类加载过程的线程安全性

5. 枚举实现（最佳实践）

public enum Singleton {INSTANCE;  // 枚举实例天然单例且线程安全public void doSomething() {// 业务方法}
}

优势：

绝对防止反射攻击（枚举类无法通过反射创建实例）
自动处理序列化与反序列化
代码最简洁

三、线程安全单例的核心要点

实现方式	线程安全	延迟加载	性能	防反射	防序列化
饿汉式	✅	❌	⭐⭐⭐⭐	❌	❌
同步懒汉式	✅	✅	⭐	❌	❌
双重检查锁定	✅	✅	⭐⭐⭐	❌	❌
静态内部类	✅	✅	⭐⭐⭐⭐	❌	❌
枚举	✅	❌	⭐⭐⭐⭐	✅	✅

四、常见面试陷阱

为什么DCL需要volatile？
- 防止指令重排序：new Singleton() 的字节码分为三步（分配内存→初始化→引用赋值），不加volatile可能导致其他线程获取到未初始化的对象。
静态内部类如何保证线程安全？
- JVM在类加载时（首次访问Holder.INSTANCE）会加锁（ClassLoader机制），保证初始化过程线程安全。
枚举单例为何能防反射？
- 枚举类的构造方法在反射调用时会抛出IllegalArgumentException，源码中明确禁止反射创建枚举实例。