单例模式 | Java后端面试知识库

一句话答案

保证类只有一个实例，推荐枚举实现（最安全）或双重检查锁 DCL（volatile 禁止重排防止获取未初始化对象）。

核心要点

单例模式确保一个类只有一个实例，并提供全局访问点。常见写法有四种：

1. 饿汉式（推荐用于简单场景）

java

public class Singleton {
    // 类加载时即初始化，JVM 保证线程安全
    private static final Singleton INSTANCE = new Singleton();
    
    private Singleton() {} // 私有构造
    
    public static Singleton getInstance() {
        return INSTANCE;
    }
}

优点：实现简单，线程安全（JVM 保证 static 变量只初始化一次）
缺点：类加载就实例化，不支持懒加载

2. 懒汉式 DCL（Double-Checked Locking）

java

public class Singleton {
    // 必须加 volatile！
    private static volatile Singleton INSTANCE;
    
    private Singleton() {}
    
    public static Singleton getInstance() {
        if (INSTANCE == null) {              // 第一次检查：避免不必要的加锁
            synchronized (Singleton.class) {
                if (INSTANCE == null) {      // 第二次检查：防止重复创建
                    INSTANCE = new Singleton();
                }
            }
        }
        return INSTANCE;
    }
}

DCL 为什么必须加 volatile？

INSTANCE = new Singleton() 不是原子操作，实际分三步：

分配内存空间
初始化对象（调用构造方法）
将引用指向分配的内存

JVM 可能对步骤 2 和 3 进行指令重排序，变成 1→3→2。如果线程 A 执行了 1→3 但还未执行 2，此时线程 B 在第一次检查时发现 INSTANCE != null，直接返回了一个未完成初始化的对象，导致 NPE 或数据异常。

volatile 通过内存屏障禁止指令重排序，保证 1→2→3 的顺序执行。→ 详见 Module 04 JMM 部分

3. 静态内部类（推荐）

java

public class Singleton {
    private Singleton() {}
    
    // 静态内部类在外部类加载时不会被加载，实现懒加载
    // 内部类加载时 JVM 保证线程安全
    private static class Holder {
        private static final Singleton INSTANCE = new Singleton();
    }
    
    public static Singleton getInstance() {
        return Holder.INSTANCE;
    }
}

兼具懒加载 + 线程安全，无锁性能好

4. 枚举（终极写法，Effective Java 推荐）

java

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

JVM 保证唯一实例
天然防止反射攻击和反序列化破坏单例
缺点：不支持懒加载，写法不够直观

对比总结：

写法	线程安全	懒加载	防反射	推荐度
饿汉式	是	否	否	★★★
DCL	是（需 volatile）	是	否	★★★★
静态内部类	是	是	否	★★★★★
枚举	是	否	是	★★★★★

追问与易错

追问方向：

DCL 为什么需要 volatile？（防止对象未初始化就被使用，指令重排问题）
枚举单例为什么最安全？（天然防反射和序列化攻击）
Spring 的单例和设计模式的单例有什么区别？（Spring 是容器级别的单例，不是类级别）

易错点：

❌ "饿汉式有性能问题"——类不使用不会加载，实际很少浪费
❌ "DCL 不加 volatile 也行"——JDK5 之前确实有问题（指令重排）

💡 记忆锚点

全校只许有一个校长：饿汉式开学就任命（简单但不懒加载），DCL是有人找校长时才选（volatile防选到还没穿好校服的），静态内部类是密封信封里的任命书（拆封才生效），枚举是写入宪法的终身制（防篡改防克隆最安全）。

一句话答案 ​

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