单例模式总结

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）

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  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）

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    3. 双重检查锁定（DCL，线程安全）

    public class Singleton {
        private static volatile Singleton instance;  // 必须用volatile
        private 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）

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      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

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        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

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          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	✅	❌	⭐⭐⭐⭐	✅	✅

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          四、常见面试陷阱

          1. 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。

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          五、总结回答

          “单例模式能否保证线程安全取决于具体实现方式：

          1. 线程不安全实现：如无同步的懒汉式
          2. 线程安全实现：
             • 饿汉式（简单但无法延迟加载）
             • 双重检查锁定（需加volatile）
             • 静态内部类（兼顾性能与懒加载）
             • 枚举（最佳实践，防反射/序列化攻击）

               实际开发中推荐使用枚举或静态内部类实现单例模式。”