概述
单例模式（Singleton Pattern）是 Java 中最常用、最基础的创建型设计模式之一。
它的核心目标是：确保一个类在整个应用程序生命周期中只有一个实例，并提供一个全局访问点。
适用于：
1、需要频繁创建和销毁的对象；
2、创建消耗资源太多有会频繁创建的对象；
3、有状态的工具类对象；
4、频繁访问数据库或文件的对象。
在 Java 中，这意味着：
该类不能被外部随意 new；
整个 JVM 中只存在一个该类的对象；
所有需要使用该对象的地方都通过同一个入口获取。
典型场景
| 场景 | 说明 |
|---|---|
| 配置管理器 | 应用启动时加载一次配置，后续所有模块共享同一份配置 |
| 日志记录器 | 避免多个 Logger 实例导致日志混乱或文件锁冲突 |
| 数据库连接池 | 连接池本身应是全局唯一的资源管理中心 |
| 缓存中心 | 如内存缓存（如本地 Map 缓存），需统一管理 |
| 计数器/ID 生成器 | 需保证全局唯一性 |
核心要素
私有构造方法：防止外部通过 new 创建实例。
持有自身静态实例：通常用 private static 修饰。
提供公共静态方法获取实例：如 getInstance(）。
常见实现方式
1. 饿汉式（Eager Initialization）
java
public class Singleton {
private static final Singleton INSTANCE = new Singleton();
private Singleton() {}
public static Singleton getInstance() {
return INSTANCE;
}
}优点：线程安全、实现简单
缺点：类加载时就创建实例，可能浪费资源（即使没用到）
2. 懒汉式（Lazy Initialization）--- 非线程安全
java
public class Singleton {
private static Singleton instance;
private Singleton() {}
public static Singleton getInstance() {
if (instance == null) {
instance = new Singleton();
}
return instance;
}
}多线程下可能创建多个实例，不推荐使用。
3. 懒汉式 + 同步方法（线程安全但低效）
java
public class Singleton {
private static Singleton instance;
private Singleton() {}
public static synchronized Singleton getInstance() {
if (instance == null) {
instance = new Singleton();
}
return instance;
}
}线程安全
每次调用都要同步，性能差
4. 双重检查锁定（Double-Checked Locking） 推荐
java
public class Singleton {
// volatile 防止指令重排序
private static volatile Singleton instance;
private Singleton() {}
public static Singleton getInstance() {
if (instance == null) {
synchronized (Singleton.class) {
if (instance == null) {
instance = new Singleton();
}
}
}
return instance;
}
}线程安全、延迟加载、高性能，适用于高并发环境
注意：必须加 volatile，防止 JVM 指令重排导致未初始化完成的对象被引用。
关键点：volatile 的作用
instance = new DCLSingleton(); 实际分三步：
- 分配内存空间
- 调用构造方法，初始化对象
- 将
instance指向分配的内存地址
JVM 可能重排序为：1 → 3 → 2（指令重排优化）
如果没有 volatile：
- 线程 A 执行到第 3 步（
instance != null），但对象未初始化完成 - 线程 B 调用
getInstance()，看到instance != null，直接返回 - B 使用了一个未完全构造的对象 → 空指针或状态错误！
volatile 禁止指令重排序 + 保证可见性
5. 静态内部类（推荐）
java
public class Singleton {
private Singleton() {}
private static class SingletonHolder {
private static final Singleton INSTANCE = new Singleton();
}
public static Singleton getInstance() {
return SingletonHolder.INSTANCE;
}
}线程安全（由 JVM 类加载机制保证）
延迟加载（只有调用 getInstance() 时才加载内部类）
代码简洁、无锁、性能高
强烈推荐用于大多数场景
6. 枚举方式（最安全）
java
public enum Singleton {
INSTANCE;
public void doSomething() {
// 业务方法
}
}天然线程安全
防止反射攻击
防止反序列化破坏单例（枚举的序列化机制特殊）
《Effective Java》作者 Joshua Bloch 强烈推荐
使用方式：Singleton.INSTANCE.doSomething();
为什么最安全
| 攻击方式 | 普通单例 | 枚举单例 |
|---|---|---|
| 反射 | 可通过 setAccessible(true) 调用私有构造器 |
枚举构造器不能被反射调用（JVM 层面禁止） |
| 反序列化 | 若未实现 readResolve()，会创建新对象 |
枚举的序列化机制特殊，反序列化返回原实例 |
| 多实例 | 可能因上述原因被破坏 | 绝对保证单例 |
缺点：无法继承（枚举隐式继承 Enum）；不能懒加载（其实枚举实例也是类加载时初始化，类似饿汉式）；部分框架（如某些老 ORM）对枚举支持不好。
7、性能对比
| 实现方式 | 线程安全 | 延迟加载 | 性能 | 安全性 |
|---|---|---|---|---|
| 饿汉式 | ✅ | ❌ | 高 | 中 |
| 懒汉式（无锁） | ❌ | ✅ | 高 | 低 |
| synchronized 方法 | ✅ | ✅ | 低 | 中 |
| DCL（volatile） | ✅ | ✅ | 高 | 高（需正确实现） |
| 静态内部类 | ✅ | ✅ | 高 | 高 |
| 枚举 | ✅ | ❌（类加载时） | 高 | 最高 |
📌 实际性能差异在现代 JVM 上极小，安全性 > 微优化
注意事项
| 问题 | 说明 |
|---|---|
| 反射攻击 | 通过反射可调用私有构造器，破坏单例（枚举可防御） |
| 序列化/反序列化 | 反序列化可能创建新对象，需实现 readResolve() 方法： private Object readResolve() { return INSTANCE; } |
| 多类加载器 | 不同 ClassLoader 可能加载多个单例（一般应用无需考虑） |
常见误区
误区1：单例能解决所有"全局状态"问题
→ 单例本质是全局状态，过度使用会导致：
- 代码耦合度高
- 难以单元测试（需 mock 单例）
- 隐藏依赖（调用方不显式传参）
替代方案：考虑依赖注入（DI），如 Spring 的 @Component + 单例作用域
误区2：单例一定是"好"的
→ 如果对象状态会变，且被多线程修改，仍需同步控制（单例 ≠ 线程安全对象）
误区3：Spring 中的 Bean 默认是单例，所以不用自己写
→ 正确！在 Spring 应用中，通常用 @Service / @Component 即可，容器管理生命周期。
如何选择
| 你的需求 | 推荐实现 |
|---|---|
| 追求极致安全、不怕饿汉式 | 枚举 |
| 需要延迟加载、代码清晰 | 静态内部类 |
| 老项目、必须兼容 JDK 1.4 | DCL（但尽量升级） |
| Spring 项目 | 直接用 @Component，别手写单例 |