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Java单例模式如何正确实现？

单例模式确保类仅有一个实例，并提供全局访问点，常用实现有饿汉式（线程安全但立即加载）、懒汉式（延迟加载需同步锁）、静态内部类（延迟且线程安全）及枚举（最简洁，防反射序列化破坏）。

饿汉式（线程安全）

public class Singleton {
    // 类加载时直接初始化
    private static final Singleton INSTANCE = new Singleton();
    // 私有构造方法防止外部实例化
    private Singleton() {}
    public static Singleton getInstance() {
        return INSTANCE;
    }
}
  • 优点：线程安全（JVM类加载机制保证）
  • 缺点：类加载时即创建实例，可能造成资源浪费
  • 适用场景：实例占用资源少且频繁使用

懒汉式（线程不安全版）

public class Singleton {
    private static Singleton instance;
    private Singleton() {}
    public static Singleton getInstance() {
        if (instance == null) {  // 线程不安全点
            instance = new Singleton();
        }
        return instance;
    }
}
  • 风险：多线程下可能创建多个实例
  • 仅限单线程环境使用

双重检查锁（DCL，线程安全）

public class Singleton {
    private static volatile Singleton instance; // volatile禁止指令重排序
    private Singleton() {}
    public static Singleton getInstance() {
        if (instance == null) {                  // 第一次检查
            synchronized (Singleton.class) {     // 加锁
                if (instance == null) {          // 第二次检查
                    instance = new Singleton();
                }
            }
        }
        return instance;
    }
}
  • 关键点：volatile防止JVM指令重排序（避免返回未初始化的对象）
  • 优点：线程安全且延迟加载
  • 工业级推荐方案

静态内部类（线程安全）

public class Singleton {
    private Singleton() {}
    private static class Holder {
        static final Singleton INSTANCE = new Singleton();
    }
    public static Singleton getInstance() {
        return Holder.INSTANCE;  // 首次调用时加载内部类
    }
}
  • 原理：利用JVM类加载机制（静态内部类在调用时才加载）
  • 优点：无需同步锁，兼顾线程安全和懒加载

枚举（最佳实践）

public enum Singleton {
    INSTANCE;  // 枚举实例天然单例
    public void doSomething() {
        // 业务方法
    }
}
// 调用方式：Singleton.INSTANCE.doSomething();
  • 优势：
    • 绝对线程安全（JVM保证）
    • 防止反射攻击和序列化破坏单例
  • 《Effective Java》作者Joshua Bloch推荐方案

破坏单例的场景及防护

威胁 防护方案
反射攻击 私有构造器中添加throw new RuntimeException()
序列化破坏 实现readResolve()方法返回实例 
// 序列化防护示例
protected Object readResolve() {
    return getInstance();
}

总结与选择建议

  1. 简单场景：直接使用饿汉式
  2. 延迟加载需求：优先选择静态内部类或枚举
  3. 高并发系统：双重检查锁（DCL）
  4. 终极方案：枚举（防反射/序列化攻击）

单例模式虽实用,但需注意两点：

Java单例模式如何正确实现？ 第1张

  • 过度使用会导致代码耦合度高（违背单一职责原则）
  • 在分布式系统或类加载器不同的环境中可能失效

引用说明：
双重检查锁实现参考《Java并发编程实战》（Brian Goetz等）；枚举方案出自《Effective Java》（Joshua Bloch）；类加载机制依据JVM规范（Oracle官方文档）。

Java单例模式Java编程设计模式
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