Java单例模式：从实战到面试的深度解析

结论先行

• 饿汉式：线程安全但可能造成资源浪费，推荐在初始化成本低的场景使用
  
• 懒汉式：需要解决线程安全问题，推荐使用双重检查锁+volatile优化
  
• 静态内部类：最佳实践方案，完美平衡延迟加载与线程安全
  
• 枚举单例：JDK1.5+推荐方案，天然防反射/序列化破坏
  
• 实际开发中优先选择枚举或静态内部类实现
  

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一、核心实现方式

1. 饿汉式

1. class ClassA {
2.     private static final ClassA INSTANCE = new ClassA();
3.    
4.     public static ClassA getInstance() {
5.         return INSTANCE;
6.     }
7.    
8.     private ClassA() {} // 防止反射创建
9. }

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特点：

• 类加载时立即初始化（可能造成资源浪费）
  
• 天然线程安全
  
• 需处理反射攻击（添加私有构造器判空逻辑）
  

2. 双重检查锁懒汉式

1. class ClassB {
2.     private static volatile ClassB instance;
3.    
4.     public static ClassB getInstance() {
5.         if (instance == null) {                     // 第一次检查
6.             synchronized (ClassB.class) {            // 同步锁
7.                 if (instance == null) {             // 第二次检查
8.                     instance = new ClassB();
9.                 }
10.             }
11.         }
12.         return instance;
13.     }
14.    
15.     private ClassB() {}
16. }

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关键点：

• volatile防止指令重排序（JDK5+的JMM修复）
  
• 两次null检查确保性能与线程安全
  
• 仍可能被反射破坏单例
  

3. 静态内部类

1. class ClassC {
2.     private static class Holder {
3.         static final ClassC INSTANCE = new ClassC();
4.     }
5.    
6.     public static ClassC getInstance() {
7.         return Holder.INSTANCE;
8.     }
9.    
10.     private ClassC() {}
11. }

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优势：

• 利用类加载机制保证线程安全
  
• 实现延迟加载（调用getInstance时才会初始化）
  
• 代码简洁无锁
  

4. 枚举式

1. enum EnumSingleton {
2.     INSTANCE;
3.    
4.     public void businessMethod() {
5.         // 业务方法
6.     }
7. }

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绝对优势：

• 天生防反射攻击（枚举类没有构造器）
  
• 自动处理序列化/反序列化
  
• 代码极度简洁
  

二、实战应用场景

1. 配置管理类

1. public enum ConfigManager {
2.     INSTANCE;
3.    
4.     private Properties props = new Properties();
5.    
6.     ConfigManager() {
7.         try(InputStream is = getClass().getResourceAsStream("/app.properties")) {
8.             props.load(is);
9.         }
10.     }
11.    
12.     public String getProperty(String key) {
13.         return props.getProperty(key);
14.     }
15. }

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2. 数据库连接池

1. public class ConnectionPool {
2.     private static final int MAX_SIZE = 100;
3.     private BlockingQueue<Connection> pool = new ArrayBlockingQueue<>(MAX_SIZE);
4.    
5.     private static class Holder {
6.         static final ConnectionPool INSTANCE = new ConnectionPool();
7.     }
8.    
9.     private ConnectionPool() {
10.         // 初始化连接池
11.     }
12.    
13.     public static ConnectionPool getInstance() {
14.         return Holder.INSTANCE;
15.     }
16.    
17.     public Connection getConnection() throws InterruptedException {
18.         return pool.take();
19.     }
20. }

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3. Spring中的单例

• Spring默认的Bean作用域就是单例
  
• 通过IOC容器管理生命周期
  
• 与设计模式单例的区别：每个容器对应一个实例
  

三、高频面试题解析

Q1：DCL（双重检查锁）为什么要加volatile？

答：防止指令重排序导致返回未初始化完成的对象。new操作不是原子操作，分为：

• 分配内存空间
  
• 初始化对象
  
• 将引用指向内存地址
  

不加volatile可能导致步骤2和3重排序，其他线程可能拿到未初始化完成的对象。
Q2：如何防止反射攻击？

1. private ClassC() {
2.     if (Holder.INSTANCE != null) {
3.         throw new RuntimeException("禁止反射创建！");
4.     }
5. }

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Q3：枚举单例如何防止反射？

• 枚举类的构造方法由JVM特殊处理
  
• 反射newInstance方法会直接抛出异常
  

Q4：单例对象什么时候会被回收？

• 只有当加载该类的ClassLoader被回收时才会被回收
  
• 一般情况（使用系统类加载器）会与JVM生命周期一致
  

Q5：单例模式的优缺点？

优点：

• 内存中只有一个实例，减少内存开销
  
• 避免对资源的多重占用
  

缺点：

• 违背单一职责原则（既要管理实例又要处理业务）
  
• 扩展困难（需要修改源码）
  
• 测试困难（全局状态难以隔离）
  

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