单例模式

概述

单例模式确保一个类只有一个实例，并提供一个全局访问点。

适用场景：线程池、数据库连接池、配置管理、日志对象——这些资源全局只需要一个实例。

几种实现方式

1. 饿汉式

类加载时就创建实例，线程安全但不支持延迟加载：

public class Singleton {
    private static final Singleton INSTANCE = new Singleton();
    
    private Singleton() {}  // 私有构造函数
    
    public static Singleton getInstance() {
        return INSTANCE;
    }
}

2. 懒汉式（线程不安全）

第一次使用时才创建，但多线程下可能创建多个实例：

public class Singleton {
    private static Singleton instance;
    
    private Singleton() {}
    
    public static Singleton getInstance() {
        if (instance == null) {         // 线程 A 和 B 可能同时通过判断
            instance = new Singleton(); // 创建了两个实例 ❌
        }
        return instance;
    }
}

3. 双重检查锁（DCL）

兼顾延迟加载和线程安全，工业级生产最标准的写法：

public class Singleton {
    private static volatile Singleton instance;  // volatile 防止指令重排
    
    private Singleton() {}
    
    public static Singleton getInstance() {
        if (instance == null) {             // ① 第一次检查（避免不必要的加锁）
            synchronized (Singleton.class) {
                if (instance == null) {     // ② 第二次检查（防止重复创建）
                    instance = new Singleton();
                }
            }
        }
        return instance;
    }
}

为什么需要 volatile？ new Singleton() 在 JVM 中分三步：(1) 分配内存 (2) 初始化对象 (3) 将引用指向内存。指令重排可能导致 (1)(3)(2) 的顺序，另一个线程在①处看到非 null 但未初始化的对象。volatile 禁止重排序。

4. 静态内部类

利用类加载机制保证线程安全和延迟加载（推荐写法）：

public class Singleton {
    private Singleton() {}
    
    private static class Holder {
        private static final Singleton INSTANCE = new Singleton();
    }
    
    public static Singleton getInstance() {
        return Holder.INSTANCE;  // 首次调用时才加载 Holder 类
    }
}

5. 枚举

最简洁、最安全的方式（防反射、防序列化）：

public enum Singleton {
    INSTANCE;
    
    public void doSomething() {
        // 业务方法
    }
}

各实现对比

生产高频题

双重检查锁为什么要用 volatile？

防止指令重排序。new 操作分三步（分配内存→初始化→赋值引用），重排可能导致其他线程拿到未初始化的对象。volatile 的内存屏障禁止了这种重排。