Java面试中问单例模式如何回答

1. 什么是单例模式？

单例模式（Singleton Pattern）是一种设计模式，确保某个类在整个应用中只有一个实例，并且提供全局访问点。它有以下特点：

确保只有一个实例。
提供全局访问点。
防止多次实例化，节约资源。

2. 如何实现单例模式？

单例模式有多种实现方式，以下是最常见的几种。

2.1 饿汉式（Eager Initialization）

饿汉式单例模式在类加载时就创建实例，线程安全，但是如果不使用这个类，实例也会被创建，可能导致内存浪费。

java 复制代码

public class Singleton {
    // 在类加载时就创建实例，线程安全
    private static final Singleton instance = new Singleton();
    
    // 私有构造函数，防止外部实例化
    private Singleton() {}
    
    // 提供全局访问点
    public static Singleton getInstance() {
        return instance;
    }
}

优点：

实现简单。
线程安全。

缺点：

可能会导致内存浪费，尤其是当实例并不一定被使用时。

2.2 懒汉式（Lazy Initialization）

懒汉式单例模式是在首次使用时才创建实例，但在多线程环境下，需要注意线程安全问题。

java 复制代码

public class Singleton {
    // 延迟加载实例
    private static Singleton instance;

    // 私有构造函数，防止外部实例化
    private Singleton() {}

    // 提供全局访问点，使用 synchronized 以确保线程安全
    public static synchronized Singleton getInstance() {
        if (instance == null) {
            instance = new Singleton();
        }
        return instance;
    }
}

优点：

节省内存资源，实例只有在需要时才会创建。

缺点：

使用了 synchronized，会影响性能，因为每次获取实例时都要加锁。

2.3 双重检查锁（Double-Checked Locking）

为了解决懒汉式的性能问题，可以使用双重检查锁定（Double-Checked Locking），确保线程安全且避免每次调用都加锁。

java 复制代码

public class Singleton {
    // volatile 确保多线程下的可见性
    private static volatile Singleton instance;

    // 私有构造函数，防止外部实例化
    private Singleton() {}

    // 双重检查锁定
    public static Singleton getInstance() {
        if (instance == null) {
            synchronized (Singleton.class) {
                if (instance == null) {
                    instance = new Singleton();
                }
            }
        }
        return instance;
    }
}

优点：

线程安全。
延迟加载，性能比懒汉式更好。

缺点：

代码较为复杂。
需要使用 volatile 关键字，确保线程间的可见性。

2.4 静态内部类（Bill Pugh Singleton）

利用静态内部类实现单例，既能保证线程安全，又能实现延迟加载，推荐使用。

java 复制代码

public class Singleton {
    // 静态内部类，只有在第一次使用时才会加载
    private static class SingletonHelper {
        private static final Singleton INSTANCE = new Singleton();
    }

    // 私有构造函数，防止外部实例化
    private Singleton() {}

    // 提供全局访问点
    public static Singleton getInstance() {
        return SingletonHelper.INSTANCE;
    }
}

优点：

延迟加载，性能好。
线程安全，利用 classloader 的机制保证了单例。

缺点：

代码相对较简洁清晰，但需要理解静态内部类的机制。

3. Java 框架中的单例模式实现分析

许多流行的 Java 框架也使用了单例模式。这里我们通过分析 Spring Framework 的单例模式实现来说明其工作原理。

3.1 Spring 中的单例 Bean

Spring 使用单例模式来管理 Bean 默认的作用域。在 Spring 中，单例模式的实现是通过 DefaultListableBeanFactory 来实现的。

Spring 框架源码分析：

java 复制代码

public class DefaultListableBeanFactory extends AbstractBeanFactory {

    private final Map<String, Object> singletonObjects = new ConcurrentHashMap<>();

    @Override
    public Object getBean(String name) {
        Object bean = this.singletonObjects.get(name);
        if (bean == null) {
            bean = createBean(name);
            this.singletonObjects.put(name, bean);
        }
        return bean;
    }
}

Spring 单例模式工作原理：

BeanFactory ：Spring 的容器会首先检查缓存中的 singletonObjects 是否已经有该 Bean 的实例。
延迟加载 ：如果没有实例化，就会调用 createBean() 方法创建 Bean 实例，并将其放入缓存中。
单例保障 ：以后每次通过 getBean() 方法获取时，都会返回缓存中的同一个实例，确保了单例模式。

总结：

Spring 的单例模式通过 Map 存储实例，确保整个应用中一个 Bean 只有一个实例。
Spring 提供了多种作用域，包括单例（singleton）、原型（prototype）、请求（request）等。

4. 单例模式的优缺点

优点：

节省资源：通过共享单个实例，避免重复创建对象，节省内存和CPU资源。
全局访问点：通过全局访问点可以随时获取该类的实例。
线程安全：在多线程环境下可以通过适当的同步机制确保线程安全。

缺点：

内存浪费：如果单例类的实例从未被使用，会浪费内存。
难以测试：单例模式引入全局状态，可能使单元测试变得困难，尤其是依赖于单例的类很难进行模拟。
违反单一职责原则：单例类有全局状态，可能导致职责不清。

5. 总结

面试时，回答单例模式时，应该不仅提供基本的实现代码，还要理解单例模式的应用场景、优缺点、以及框架中的实际使用。通过深入分析 Spring 的单例模式实现，可以展示你对 Java 框架源码的理解，从而给面试官留下深刻印象。