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单例模式详解：从基础到高级的八种实现方式

news 2025/10/28 6:50:36

单例模式简介

单例模式是一种常用的软件设计模式，其核心定义是：一个类只能允许存在一个实例，并提供一个全局访问点来获取该实例。

应用场景

服务器配置信息管理
数据库连接池
日志管理器
应用计数器
线程池

单例模式的基本实现思路

私有化构造方法：防止外部通过new关键字创建实例
提供静态访问方法：通过静态方法返回类的唯一实例

单例模式的八种实现方式

1. 饿汉式（静态常量）✅

public class Singleton {private final static Singleton INSTANCE = new Singleton();private Singleton() {}public static Singleton getInstance() {return INSTANCE;}
}

优点：线程安全，实现简单
缺点：类加载时就初始化，可能造成内存浪费

2. 饿汉式（静态代码块）✅

public class Singleton {private static Singleton instance;static {instance = new Singleton();}private Singleton() {}public static Singleton getInstance() {return instance;}
}

与静态常量方式类似，只是实例化过程放在静态代码块中。

3. 懒汉式（线程不安全）❌

public class Singleton {private static Singleton singleton;private Singleton() {}public static Singleton getInstance() {if (singleton == null) {singleton = new Singleton();}return singleton;}
}

问题：多线程环境下可能创建多个实例

4. 懒汉式（同步方法）⚠️

public class Singleton {private static Singleton singleton;private Singleton() {}public static synchronized Singleton getInstance() {if (singleton == null) {singleton = new Singleton();}return singleton;}
}

优点：线程安全
缺点：同步粒度太大，性能较差

5. 懒汉式（同步代码块）❌

public class Singleton {private static Singleton singleton;private Singleton() {}public static Singleton getInstance() {if (singleton == null) {synchronized (Singleton.class) {singleton = new Singleton();}}return singleton;}
}

问题：仍然存在线程安全问题，无法完全保证单例

6. 双重检查锁定 ✅

public class Singleton {private static volatile Singleton singleton;private Singleton() {}public static Singleton getInstance() {if (singleton == null) {synchronized (Singleton.class) {if (singleton == null) {singleton = new Singleton();}}}return singleton;}
}

关键点：

volatile关键字防止指令重排序
两次null检查确保线程安全
同步块内再次检查避免多实例

优点：线程安全、延迟加载、效率高

7. 静态内部类 ✅

public class Singleton {private Singleton() {}private static class SingletonInstance {private static final Singleton INSTANCE = new Singleton();}public static Singleton getInstance() {return SingletonInstance.INSTANCE;}
}

原理：利用类加载机制保证线程安全，静态内部类在首次调用getInstance()时才会加载

优点：线程安全、实现简单、延迟加载

8. 枚举 ✅

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

优势：

绝对防止多实例创建
天然防止反射攻击
自动支持序列化机制
代码简洁

单例模式的进阶考虑

反射攻击防护

public class Singleton {private static volatile Singleton instance;private Singleton() {// 防止反射攻击if (instance != null) {throw new RuntimeException("单例模式禁止通过反射创建实例");}}public static Singleton getInstance() {if (instance == null) {synchronized (Singleton.class) {if (instance == null) {instance = new Singleton();}}}return instance;}
}

序列化安全

public class Singleton implements Serializable {private static final long serialVersionUID = 1L;private static class SingletonHolder {private static final Singleton INSTANCE = new Singleton();}private Singleton() {}public static Singleton getInstance() {return SingletonHolder.INSTANCE;}// 防止反序列化创建新实例protected Object readResolve() {return getInstance();}
}

总结对比

实现方式	线程安全	延迟加载	性能	防止反射	防止序列化
饿汉式	✅	❌	高	❌	❌
懒汉式(不安全)	❌	✅	高	❌	❌
同步方法	✅	✅	低	❌	❌
双重检查	✅	✅	高	❌	❌
静态内部类	✅	✅	高	❌	❌
枚举	✅	❌	高	✅	✅