单例模式在Java中的实现与应用

题目

单例模式在Java中的实现与应用

信息

• 类型：问答
• 难度：⭐

考点

单例模式概念,线程安全实现,应用场景

快速回答

单例模式确保一个类只有一个实例，并提供全局访问点。线程安全实现要点：

• 私有化构造方法
• 静态私有成员变量保存实例
• 静态工厂方法获取实例
• 使用双重检查锁定（Double-Checked Locking）保证线程安全

示例代码：

public class Singleton {
    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;
    }
}

1. 单例模式原理

单例模式（Singleton Pattern）属于创建型设计模式，核心思想是：

• 确保类只有一个实例存在
• 提供全局访问点（通常为静态方法）
• 自行创建实例（私有构造器）

设计意图：当系统需要全局唯一对象时（如配置管理器、线程池、数据库连接池），避免重复创建消耗资源。

2. 线程安全实现（双重检查锁定）

完整代码示例：

public class DatabaseConnection {
    // volatile保证可见性和禁止指令重排序
    private static volatile DatabaseConnection instance;

    // 私有构造器阻止外部实例化
    private DatabaseConnection() {
        // 初始化数据库连接
    }

    public static DatabaseConnection getInstance() {
        // 第一次检查：避免不必要的同步
        if (instance == null) {
            synchronized (DatabaseConnection.class) {
                // 第二次检查：确保只有一个线程创建实例
                if (instance == null) {
                    instance = new DatabaseConnection();
                }
            }
        }
        return instance;
    }

    // 示例方法
    public void executeQuery(String sql) {
        System.out.println("Executing: " + sql);
    }
}

// 使用示例
public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        DatabaseConnection conn1 = DatabaseConnection.getInstance();
        DatabaseConnection conn2 = DatabaseConnection.getInstance();

        System.out.println(conn1 == conn2); // 输出 true
        conn1.executeQuery("SELECT * FROM users");
    }
}

3. 关键点说明

• volatile关键字：防止JVM指令重排序，确保其他线程看到完全初始化的对象
• 双重检查：外层判断避免每次调用都同步，内层判断防止多次实例化
• 私有构造器：彻底阻止通过new关键字创建实例

4. 最佳实践

• 枚举实现（推荐）：Java枚举天然支持单例，绝对防止反射攻击

  public enum EnumSingleton {
      INSTANCE;
      public void doSomething() { /*...*/ }
  }

• 静态内部类：利用类加载机制保证线程安全

  public class Singleton {
      private Singleton() {}
      private static class Holder {
          static final Singleton INSTANCE = new Singleton();
      }
      public static Singleton getInstance() {
          return Holder.INSTANCE;
      }
  }

5. 常见错误

6. 应用场景

• 配置信息管理器（全局唯一配置）
• 日志记录器（避免日志文件冲突）
• 数据库连接池（复用连接资源）
• Spring默认Bean作用域（单例Bean）

7. 扩展知识

• 破坏单例的方式：反射、序列化/反序列化
• 防护措施：枚举实现、重写readResolve()方法
• 与静态工具类的区别：单例可以有状态且支持接口继承