一、单例模式
1、概念
单例模式是一种常用的软件设计模式，它确保一个类只有一个实例，并提供一个全局访问点来获取这个实例。这种模式在需要控制实例数目、节省系统资源或确保全局一致性的场景中非常有用。
2、使用场景
配置文件管理器：整个应用只需要一个配置管理器
日志记录器：所有日志应该通过同一个日志对象记录
数据库连接池：管理数据库连接通常只需要一个池
线程池：系统通常只需要一个线程池管理器
二、实现方式
单例模式的实现方式有很多种，最常见的就是"饿汉"和"懒汉"两种模式。
1、饿汉模式
（1）饿汉模式即在类加载的同时创建实例
java
public class EagerSingleton {
// 类加载时就创建实例
private static 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;
}
}（2）优缺点对比
优点：实现简单，线程安全
缺点：即使不使用也会创建实例，可能浪费资源
（3）为什么线程安全
静态变量的初始化时机：
静态变量 instance 在类加载时由 JVM 完成初始化，JVM 在加载类时会自动加锁，确保一个类只被加载一次，静态变量也只初始化一次。
无竞态条件：
实例的创建发生在类加载时，此时程序尚未进入多线程环境。
调用 getInstance() 时直接返回已初始化的静态变量，无需检查或同步。
2、懒汉模式------单线程版
和饿汉模式相对，懒汉模式是延迟创建实例，第一次使用的时候创建，我们来看代码示例：
（1）代码
java
class Singleton {
private static Singleton instance = null;
private Singleton() {}
public static Singleton getInstance() {
if (instance == null) {
instance = new Singleton();
}
return instance;
}
}（2）优缺点对比
优点：使用时才创建实例
缺点：每次获取实例都需要同步，性能较低
（3）线程安全问题
通过分析上面的过程，我们可以看出在if条件语句与new实例这一块存在问题（因为这是两个不同的操作，中间可能会被其他线程打断），具体表现：
假设线程A和线程B同时调用getInstance()：
线程A执行到检查点（if (instance == null)），发现instance为null
线程B也同时执行到检查点，同样发现instance为null
线程A通过检查，进入创建点，开始创建实例
线程B也通过检查，进入创建点，也开始创建实例
最终会创建两个不同的实例，破坏了单例模式的基本原则
那么针对这样的问题，我们便可以采用加锁的手段进行处理，这样就得出多线程版本。
3、懒汉模式------多线程版本
（1）主要是针对上面线程不安全问题进行加锁处理，代码如下：
java
class Singleton {
private static Singleton instance = null;
private Singleton() {}
public synchronized static Singleton getInstance() {
if (instance == null) {
instance = new Singleton();
}
return instance;
}
}（2）线程安全分析：
getInstance() 被声明为 synchronized，确保同一时间只有一个线程能进入该方法。
线程 A 进入 getInstance()，检查 instance == null，创建实例。
线程 B 必须等待线程 A 释放锁后才能进入，此时 instance 已经初始化，直接返回已有实例。
（3）其他问题分析
对单线程版本加锁解决了线程安全问题，但是每次调用 getInstance() 都要获取锁，即使实例已经创建，仍然会有锁竞争，影响并发性能。
为了解决加锁引入的新问题，我们可以考虑按需加锁，真正涉及到线程安全的时候加锁，不涉及的时候不加锁，即双重检查锁。
（4）双重检查锁代码
java
class Singleton {
private static Singleton instance=null；
private Singleton() {}
public static Singleton getInstance() {
if (instance == null) { // 第一次检查（无锁）
synchronized (Singleton.class) { // 同步块
if (instance == null) { // 第二次检查（有锁）
instance = new Singleton(); // 安全初始化
}
}
}
return instance;
}
}上面代码中两个if条件语句虽然一样，但是他们的作用却不同，第一个if是判断是否需要加锁，如果实例已经创建，就不设计线程安全问题，不需要在加锁了；第二个if是判断是否需要new对象，防止重复实例化。
两个检查协作具体表现是：
1、线程A和线程B同时调用 getInstance()
2、都通过外层检查（此时 instance 确实为 null）
3、线程A先获取锁，进入同步块：
执行内层检查（仍为 null）
创建实例
释放锁
4、线程B获取锁，进入同步块：
执行内层检查（此时 instance 已不为 null）
直接返回已有实例
5、后续所有线程调用时：
外层检查直接返回实例
完全不会进入同步块
我们在仔细分析上面代码，会发现还会有别的问题，那就是主要是指令重排序导致的可见性问题，具体来看：
在Java内存模型中，instance = new Singleton()这行代码实际上包含3个步骤：
1、分配对象内存空间
2、初始化对象（调用构造函数）
3、将instance引用指向该内存地址
由于指令重排序，JVM可能会优化为1→3→2的顺序执行。这样会导致：
线程A执行到步骤3时，instance已不为null，但对象还未初始化
线程B在第一次检查时发现instance不为null，直接返回未初始化完成的对象
那么针对指令重排序这个问题，我们可以使用volatile这个关键字来处理。
（5）改进代码
java
class Singleton {
private static volatile Singleton instance=null；
private Singleton() {}
public static Singleton getInstance() {
if (instance == null) { // 第一次检查（无锁）
synchronized (Singleton.class) { // 同步块
if (instance == null) { // 第二次检查（有锁）
instance = new Singleton(); // 安全初始化
}
}
}
return instance;
}
}volatile的作用
禁止指令重排序：确保对象的初始化顺序为1→2→3
保证可见性：一个线程对instance的修改会立即对其他线程可见
内存屏障：防止读写操作越过屏障，确保操作顺序
通过上面多次的改进，我们解决了线程安全问题和指令重排序问题。
三、总结
单例模式是一种确保类只有一个实例并提供全局访问点的设计模式，适用于需要全局唯一对象的场景如配置管理、日志系统等。主要实现方式包括：饿汉式（类加载时创建实例，简单线程安全但可能浪费资源）、懒汉式（延迟加载但需处理线程安全）、双重检查锁（结合懒加载与线程安全，需volatile防止指令重排序）。选择实现时需权衡线程安全、性能与资源开销问题。