设计模式面试之单例模式常问知识点
以下是以Markdown格式整理的单例模式在面试中的常问知识点，包含结构化的分点、代码示例和关键解析：
设计模式面试之单例模式常问知识点
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一、单例模式的定义与核心目标
- 定义：确保一个类在JVM中仅存在一个实例，并提供一个全局访问点。
- 核心要素：
1. 私有化构造方法（防止外部直接实例化）。
2. 持有私有静态实例引用。
3. 提供静态公有方法获取实例（如 `getInstance()`）。
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二、单例模式的常见实现方式与对比
| 类型 | 特点 | 线程安全 | 适用场景 |
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| 饿汉式 | 类加载时立即初始化实例（静态变量）。 | ✅ 天然安全 | 对象小、频繁访问且无需延迟加载。 |
| 懒汉式（基础） | 延迟加载，首次调用时创建实例。 | ❌ 非安全 | 需延迟初始化的场景。 |
| 懒汉式（线程安全） | 加锁（`synchronized` 方法或代码块）解决线程安全问题。 | ✅ 安全 | 但性能较低。 |
| 双重检查锁（DCL） | 懒加载 + 两次判空 + `synchronized` + `volatile` 防止指令重排。 | ✅ 安全高效 | 高并发下的延迟加载。 |
| 静态内部类 | 利用JVM类加载机制保证线程安全，延迟加载。 | ✅ 安全 | 推荐使用，兼顾安全与延迟加载。 |
| 枚举 | 天然线程安全，防反射、序列化攻击，简洁高效。 | ✅ 安全 | 最推荐实现方式。 |
示例代码：
```java
// 饿汉式
public class Singleton {
private static final Singleton INSTANCE = new Singleton();
private Singleton() {}
public static Singleton getInstance() { return INSTANCE; }
}
// 静态内部类
public class Singleton {
private static class Holder {
static final Singleton INSTANCE = new Singleton();
}
private Singleton() {}
public static Singleton getInstance() { return Holder.INSTANCE; }
}
// 枚举（最推荐）
public enum Singleton {
INSTANCE;
public void someMethod() {... }
}
```
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三、线程安全与性能优化
1. 懒汉式的线程问题：
- 多线程同时进入 `if (instance == null)` 可能创建多个实例。
2. DCL的实现与 `volatile` 必要性：
```java
public class Singleton {
private volatile static Singleton instance;
private Singleton() {}
public static Singleton getInstance() {
if (instance == null) {
synchronized (Singleton.class) {
if (instance == null) {
instance = new Singleton(); // 可能指令重排：分配内存 → 赋值引用 → 初始化
}
}
}
return instance;
}
}
```
- `volatile` 作用：禁止指令重排（确保 `new Singleton()` 三步操作顺序正确），保证可见性。
3. 静态内部类原理：JVM 保证类加载过程线程安全，且只有调用 `getInstance()` 时才会加载内部类并初始化实例。
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四、单例模式的破坏与防御
1. 反射攻击：
- 通过反射调用私有构造器破坏单例。
- 防御：在构造器中判断实例是否已存在，若存在则抛出异常。
2. 序列化破坏：
- 反序列化会创建新实例。
- 防御：实现 `readResolve()` 方法返回单例实例。
3. 克隆破坏：
- 实现 `Cloneable` 接口可能导致克隆出新对象。
- 防御：重写 `clone()` 方法返回单例实例或抛出异常。
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五、应用场景与注意事项
1. 适用场景：
- 资源管理（如线程池、数据库连接池）。
- 全局配置管理。
- 日志系统。
2. 注意事项：
- 避免滥用单例（增加耦合性，破坏可测试性）。
- 分布式系统中需使用分布式锁（如Redis）实现集群单例。
- 有状态对象慎用单例，优先无状态设计。
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六、面试加分项：进阶问题与扩展
1. Spring 单例管理：
- Spring 默认使用三级缓存 + 双重检查实现单例，类似 DCL 机制。
2. C++11 中的单例：
```cpp
class Singleton {
public:
static Singleton& getInstance() {
static Singleton instance; // C++11 保证线程安全
return instance;
}
private:
Singleton() {}
};
```
3. 为什么枚举单例最安全？
- 枚举本质是单例的语法糖，JVM 保证枚举实例唯一性，天然防反射和序列化。
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总结
- 必掌握：实现方式（尤其 DCL、枚举）、线程安全、防御机制。
- 推荐实践：优先使用静态内部类或枚举单例，兼顾安全与性能。
- 面试技巧：结合具体场景（如日志系统、配置管理）说明单例的适用性与设计思路。
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希望这份Markdown整理能帮助你系统性掌握单例模式的面试重点！