單例模式是最常用的創(chuàng)建型設計模式之一，核心目標是保證一個類在整個應用生命周期內(nèi)只有一個實例，并提供全局唯一的訪問入口。本文梳理了單例模式的 5 種經(jīng)典實現(xiàn)方式，分析各方案的優(yōu)缺點及適用場景，同時給出工業(yè)級最佳實踐。

一、懶漢式單例模式（加鎖版，基礎版不加鎖，線程不安全）

核心特點：延遲初始化（第一次調(diào)用時創(chuàng)建實例），通過方法同步保證線程安全，但性能損耗大。

public class Singleton {
    // 私有靜態(tài)實例，初始為null（延遲加載）
    private static Singleton instance;
    
    // 私有構(gòu)造方法：禁止外部new創(chuàng)建實例
    private Singleton() {}
    
    // 同步方法：保證多線程下唯一實例
    public static synchronized Singleton getInstance() {
        if (instance == null) { // 懶加載：僅在首次調(diào)用時創(chuàng)建
            instance = new Singleton();
        }
        return instance;
    }
}

優(yōu)缺點

• ? 優(yōu)點：完全延遲加載，無資源浪費；線程安全；實現(xiàn)簡單。
• ? 缺點：synchronized 加在方法上，每次調(diào)用 getInstance() 都會加鎖，即使實例已創(chuàng)建，高并發(fā)場景下性能差。

適用場景
并發(fā)量極低、對性能要求不高的簡單場景（幾乎不推薦在生產(chǎn)環(huán)境使用）。

二、餓漢式單例模式

核心特點：類加載時立即初始化實例，天然線程安全，但可能造成資源浪費。

public class Singleton {
    // 類加載階段（初始化階段）就創(chuàng)建實例，JVM保證線程安全
    private static final Singleton instance = new Singleton();
    
    // 私有構(gòu)造方法
    private Singleton() {}
    
    // 無鎖獲取實例，性能極高
    public static Singleton getInstance() {
        return instance;
    }
}

優(yōu)缺點

• ? 優(yōu)點：線程安全（JVM 類加載機制保證）；無鎖開銷，性能最優(yōu)；實現(xiàn)簡單。
• ? 缺點：非延遲加載，若實例創(chuàng)建依賴重資源（如數(shù)據(jù)庫連接、大對象），且長期未使用，會造成資源浪費。

適用場景
實例創(chuàng)建成本低、啟動后大概率會被使用的場景（如工具類、輕量級配置類）。

三、雙重檢查鎖（DCL）單例模式

核心特點：兼顧延遲加載和線程安全，僅在實例未創(chuàng)建時加鎖，性能接近餓漢式。需通過 volatile 解決指令重排問題。

public class Singleton {
    // volatile關鍵字：1.保證可見性 2.禁止指令重排（關鍵?。?    private static volatile Singleton instance;
    
    // 私有構(gòu)造方法
    private Singleton() {}
    
    public static Singleton getInstance() {
        if (instance == null) { // 第一次檢查：實例已創(chuàng)建則直接返回，避免加鎖
            synchronized (Singleton.class) { // 類對象鎖：僅當實例未創(chuàng)建時加鎖
                if (instance == null) { // 第二次檢查：防止多線程并發(fā)創(chuàng)建
                    instance = new Singleton();
                }
            }
        }
        return instance;
    }
}

關鍵解釋
instance = new Singleton() 并非原子操作，JVM 會拆分為 3 步：
1、分配內(nèi)存空間；
2、初始化實例；
3、將 instance 指向內(nèi)存地址。
若不加 volatile，JVM 可能指令重排為 1→3→2，導致其他線程在第二步完成前，看到 instance 不為 null 但實例未初始化，引發(fā)空指針異常。

優(yōu)缺點

• ? 優(yōu)點：延遲加載；僅首次創(chuàng)建時加鎖，高并發(fā)性能優(yōu)異；線程安全。
• ? 缺點：實現(xiàn)稍復雜，易因遺漏 volatile 導致線程安全問題。

適用場景
高并發(fā)場景、實例創(chuàng)建成本高且需延遲加載的場景（生產(chǎn)環(huán)境常用）。

四、靜態(tài)內(nèi)部類單例模式（推薦）

核心特點：利用 JVM 類加載機制實現(xiàn)延遲加載 + 線程安全，兼顧性能與優(yōu)雅性，是最推薦的非枚舉實現(xiàn)方式。

public class Singleton {
    // 私有構(gòu)造方法
    private Singleton() {}
    
    // 靜態(tài)內(nèi)部類：獨立于外部類，僅在被調(diào)用時加載
    private static class InnerClass {
        // JVM保證靜態(tài)變量初始化的線程安全
        private static final Singleton instance = new Singleton();
    }
    
    // 外部類調(diào)用時，才觸發(fā)內(nèi)部類加載和實例創(chuàng)建
    public static Singleton getInstance() {
        return InnerClass.instance;
    }
}

關鍵解釋

• 外部類 Singleton 加載時，靜態(tài)內(nèi)部類 InnerClass 不會被加載，實現(xiàn)延遲加載；
• 調(diào)用 getInstance() 時，InnerClass 被 JVM 加載，其靜態(tài)變量 instance 由 JVM 保證線程安全地初始化；
• 靜態(tài)內(nèi)部類的加載是線程安全的，無需加鎖。

優(yōu)缺點

• ? 優(yōu)點：延遲加載；線程安全；無鎖開銷，性能優(yōu)；實現(xiàn)優(yōu)雅，無指令重排風險。
• ? 缺點：無法通過反射完全防止實例被創(chuàng)建（可通過構(gòu)造方法加校驗規(guī)避）。

適用場景
絕大多數(shù)生產(chǎn)環(huán)境場景（平衡性能、優(yōu)雅性、安全性的最優(yōu)解）。

五、枚舉單例模式（最佳實踐）

核心特點：利用枚舉的天然特性實現(xiàn)單例，防反射、防序列化破壞，是《Effective Java》推薦的最優(yōu)方案。

// 枚舉類天然單例，由JVM完全保證唯一性
public enum Singleton {
    INSTANCE; // 唯一實例，JVM加載時初始化
    
    // 單例的業(yè)務方法
    public void doSomething() {
        System.out.println("枚舉單例執(zhí)行業(yè)務邏輯");
    }
    
    // 可選：添加自定義屬性/初始化邏輯
    private String config;
    // 枚舉的構(gòu)造方法默認私有，無需顯式聲明
    Singleton() {
        // 模擬初始化邏輯（如加載配置）
        this.config = "default-config";
    }
    
    public String getConfig() {
        return config;
    }
}

// 使用方式（全局唯一）
public class Client {
    public static void main(String[] args) {
        Singleton instance1 = Singleton.INSTANCE;
        Singleton instance2 = Singleton.INSTANCE;
        System.out.println(instance1 == instance2); // true
        
        instance1.doSomething(); // 調(diào)用業(yè)務方法
    }
}

關鍵解釋

• 枚舉的實例由 JVM 在類加載時創(chuàng)建，天然線程安全；
• 反射無法創(chuàng)建枚舉實例（Constructor.newInstance() 會拋出 IllegalArgumentException）；
• 序列化時，枚舉的 readResolve() 方法被 JVM 重寫，保證反序列化后仍是原實例。

優(yōu)缺點

• ? 優(yōu)點：絕對線程安全；防反射 / 序列化破壞；實現(xiàn)極簡；無需額外處理。
• ? 缺點：非延遲加載（枚舉類加載時即初始化）；部分開發(fā)者對枚舉單例的認知不足。

適用場景
對單例唯一性要求極高的場景（如分布式系統(tǒng)、安全框架、核心配置類），是工業(yè)級最佳實踐。

六、擴展：Spring 中的單例實現(xiàn)

Spring 容器中的 @Scope("singleton")（默認作用域）并非直接使用上述代碼，而是通過容器管理實現(xiàn)單例：
1、Spring Bean 默認在容器初始化時創(chuàng)建（類似餓漢式）；
2、通過 @Lazy 注解可實現(xiàn)延遲加載（類似懶漢式）；
3、Spring 容器保證單例的線程安全，底層結(jié)合了雙重檢查鎖 + 容器緩存機制。

七、總結(jié)：選型指南

image.png

核心原則：
1、簡單場景用餓漢式，需延遲加載用靜態(tài)內(nèi)部類；
2、對安全性要求極致時，優(yōu)先選擇枚舉單例；
3、避免手動實現(xiàn)復雜的單例邏輯，優(yōu)先利用框架（如 Spring）的單例管理能力。

最終目的：
保證核心對象全局唯一，減少資源消耗；

SpringBoot 核心應用場景：
Spring 容器中默認所有 Bean 為單例（singleton）、ApplicationContext實例全局唯一、核心工具類（如Environment）單例