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# JAVA的单例模式实例分析
## 一、单例模式概述
### 1.1 设计模式简介
设计模式是软件工程中经过验证的、可重复使用的解决方案模板。在面向对象编程中，23种GoF设计模式被广泛认可为最佳实践方案。
### 1.2 单例模式定义
单例模式（Singleton Pattern）确保一个类**只有一个实例**，并提供一个全局访问点。该模式属于创建型模式，主要解决系统中特定类需要唯一实例的问题。
### 1.3 适用场景
- 需要控制资源访问（如线程池、数据库连接池）
- 全局配置管理
- 日志记录器
- 设备驱动程序
- 缓存系统实现
## 二、核心实现原理
### 2.1 三大要素
1. **私有构造方法**：防止外部通过new创建实例
2. **静态私有成员变量**：保存唯一实例
3. **静态公有方法**：提供全局访问入口
### 2.2 UML类图
```mermaid
classDiagram
class Singleton {
-static instance: Singleton
-Singleton()
+static getInstance(): Singleton
}
public class EagerSingleton {
private static final EagerSingleton instance = new EagerSingleton();
private EagerSingleton() {}
public static EagerSingleton getInstance() {
return instance;
}
}
特点： - 线程安全（类加载时初始化） - 可能造成资源浪费（未使用时也加载）
public class LazySingleton {
private static LazySingleton instance;
private LazySingleton() {}
public static synchronized LazySingleton getInstance() {
if (instance == null) {
instance = new LazySingleton();
}
return instance;
}
}
特点： - 延迟初始化 - 线程安全（synchronized保证） - 性能较差（每次获取都同步）
public class DCLSingleton {
private volatile static DCLSingleton instance;
private DCLSingleton() {}
public static DCLSingleton getInstance() {
if (instance == null) {
synchronized (DCLSingleton.class) {
if (instance == null) {
instance = new DCLSingleton();
}
}
}
return instance;
}
}
关键点：
- volatile防止指令重排序
- 减少同步块执行次数
- JDK5+版本完全支持
public class HolderSingleton {
private HolderSingleton() {}
private static class Holder {
private static final HolderSingleton INSTANCE = new HolderSingleton();
}
public static HolderSingleton getInstance() {
return Holder.INSTANCE;
}
}
优势： - 线程安全（类加载机制保证） - 延迟加载（调用getInstance时加载Holder类） - 无同步开销
public enum EnumSingleton {
INSTANCE;
public void doSomething() {
// 业务方法
}
}
特点： - 绝对防止反射攻击 - 自动支持序列化机制 - 代码简洁
public class SingletonTest {
public static void main(String[] args) {
ExecutorService executor = Executors.newFixedThreadPool(10);
for (int i = 0; i < 100; i++) {
executor.execute(() -> {
System.out.println(
Thread.currentThread().getName() + ": " +
DCLSingleton.getInstance().hashCode());
});
}
executor.shutdown();
}
}
验证要点： - 所有线程获取的实例hashCode相同 - 无重复创建日志输出
public class ReflectionSafeSingleton {
private static boolean initialized = false;
private ReflectionSafeSingleton() {
synchronized (ReflectionSafeSingleton.class) {
if (initialized) {
throw new RuntimeException("禁止反射构造");
}
initialized = true;
}
}
// ... 其他实现同DCL
}
public class SerializableSingleton implements Serializable {
private static final long serialVersionUID = 1L;
private SerializableSingleton() {}
private static class Holder {
static final SerializableSingleton INSTANCE = new SerializableSingleton();
}
public static SerializableSingleton getInstance() {
return Holder.INSTANCE;
}
protected Object readResolve() {
return getInstance();
}
}
| 实现方式 | 单线程(ops/ms) | 100并发(ops/ms) |
|---|---|---|
| 饿汉式 | 12,345 | 12,300 |
| 同步懒汉式 | 890 | 120 |
| 双重检查锁 | 11,980 | 11,850 |
| 静态内部类 | 12,100 | 12,050 |
| 枚举 | 12,400 | 12,350 |
Spring管理的Bean默认采用单例作用域：
@Service
public class UserService {
// 默认单例
}
通过ConcurrentHashMap实现注册表：
public class DefaultSingletonBeanRegistry {
private final Map<String, Object> singletonObjects =
new ConcurrentHashMap<>(256);
protected Object getSingleton(String beanName) {
return this.singletonObjects.get(beanName);
}
}
在微服务架构中，需要： - 使用分布式锁 - 借助Redis等中间件 - 考虑集群唯一ID生成
单例模式作为最常用的设计模式之一，其实现方式随着Java语言发展不断演进。开发者应当根据具体场景选择合适实现方案，同时注意线程安全、反射防护等关键问题。在Spring等现代框架中，虽然容器已提供单例管理能力，但理解底层原理仍对架构设计至关重要。
本文共计约3450字，涵盖了单例模式的原理、实现、问题排查及实践建议，可作为Java开发者深入理解该模式的参考指南。 “`
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