深入设计模式之「单例模式」：什么是单例？怎么写才优雅？
一、什么是单例模式（Singleton Pattern）？
单例模式是一种创建型设计模式，其目的是：
保证一个类在系统中有且仅有一个实例，并提供一个全局访问点。
它适用于资源有限、全局状态共享、或需集中管理的场景。
二、为什么我们需要单例？
举几个常见的使用场景：
•配置文件管理器（只加载一次）
•日志系统（全局统一记录）
•线程池、数据库连接池（节省资源）
•缓存、会话控制器（统一数据源）
•第三方 SDK（如微信、支付等 SDK 实例）
这些对象都具有以下特点：
1.全局唯一性：系统中只允许存在一个实例。
2.延迟加载需求：仅在第一次使用时创建。
3.线程安全要求：在并发环境中必须保证只创建一个实例。
三、用生活中的例子理解单例
假设你在一家公司工作，公司只有一台咖啡机☕️：
•所有人想喝咖啡，都要通过这台唯一的机器。
•不允许第二台，否则会导致资源浪费。
•同时多个人冲咖啡时，还要避免机器冲突（线程安全）。
这台咖啡机就是“单例”对象的现实版本。
四、Java 中的几种单例实现方式
1. 饿汉式（Eager Initialization）
public class HungrySingleton {
private static final HungrySingleton instance = new HungrySingleton();
private HungrySingleton() {}
public static HungrySingleton getInstance() {
return instance;
}
}✅优点：线程安全，简单明了
❌缺点：无法延迟加载，可能浪费资源
问题场景：
假设你在开发一个大型系统，定义了 ConfigManager 使用单例加载配置文件，结果由于饿汉式写法，它在系统启动时即加载文件，哪怕后续根本没使用这个模块，浪费了 500MB 的内存。
ConfigManager config = ConfigManager.getInstance(); // 实际代码中甚至可能从未调用2. 懒汉式（线程不安全）
public class LazyUnsafeSingleton {
private static LazyUnsafeSingleton instance;
private LazyUnsafeSingleton() {}
public static LazyUnsafeSingleton getInstance() {
if (instance == null) {
instance = new LazyUnsafeSingleton(); // 并发问题
}
return instance;
}
}❌缺点：线程不安全
问题场景：
你在 Web 应用中，多个用户请求日志组件 Logger.getInstance() 来写日志。由于是高并发环境，两个线程同时判断 instance == null，结果各自都 new 出一个实例，日志写入出现错乱。
// Thread A:
Logger logA = Logger.getInstance(); // 创建实例A
// Thread B (同时运行):
Logger logB = Logger.getInstance(); // 创建实例B最终你以为日志是集中记录，其实是分开写的，分析出了大问题。
3. 懒汉式（加同步，线程安全但性能差）
public class LazySafeSingleton {
private static LazySafeSingleton instance;
private LazySafeSingleton() {}
public static synchronized LazySafeSingleton getInstance() {
if (instance == null) {
instance = new LazySafeSingleton();
}
return instance;
}
}✅ 线程安全
❌ 缺点：每次都要加锁，性能低下
问题场景：
在一个高频使用的工具类中，比如缓存服务 CacheManager，单例访问非常频繁。结果你加了同步，导致并发性能急剧下降，吞吐量下降 30%。
for (int i = 0; i < 10000; i++) {
CacheManager.getInstance().get("key");
}即便已经创建好了对象，还是不断加锁判断，CPU 开销巨大。
4.双重检查锁 DCL（推荐）
public class DCLSingleton {
private static volatile DCLSingleton instance;
private DCLSingleton() {}
public static DCLSingleton getInstance() {
if (instance == null) {
synchronized (DCLSingleton.class) {
if (instance == null) {
instance = new DCLSingleton();
}
}
}
return instance;
}
}✅ 优点：线程安全、高性能、懒加载
⚠️ 隐患：忘记加 volatile 会引发指令重排 bug
问题场景：
某个开发者省略了 volatile：
// 错误写法
private static DCLSingleton instance; // 没加 volatile结果对象还没完全构造完，其他线程就拿到了引用，出现空指针：
DCLSingleton singleton = DCLSingleton.getInstance();
singleton.doSomething(); // NullPointerException这是一个经典 JVM 重排序问题，极难复现，极难排查。
5. 静态内部类（强烈推荐）
public class StaticInnerSingleton {
private StaticInnerSingleton() {}
private static class Holder {
private static final StaticInnerSingleton INSTANCE = new StaticInnerSingleton();
}
public static StaticInnerSingleton getInstance() {
return Holder.INSTANCE;
}
}✅ 优点：
•JVM 保证线程安全
•延迟加载
•性能优秀
适用场景：
假如你开发一个图像处理 SDK，图像编码器只在真正处理图像时才需要。这个写法恰好满足“用时才加载”，又不牺牲线程安全，结构也优雅。
6. 枚举单例（最安全）
public enum EnumSingleton {
INSTANCE;
public void doSomething() {
System.out.println("Using Enum Singleton");
}
}✅ 优点：
•简洁
•天然线程安全
•防止反射破坏单例
•防止反序列化破坏单例
❌ 缺点：不支持懒加载
问题场景：
某个图形引擎用枚举单例加载纹理资源，但该资源仅在启动时用一次。结果类加载阶段就初始化，占用了 1GB 显存，导致移动设备直接 OOM。
五、单例模式的陷阱与对策
| 实现方式 |
懒加载 |
线程安全 |
性能 |
是否推荐 |
|---|---|---|---|---|
| 饿汉式 |
否 |
是 |
高 |
❌ |
| 懒汉式 |
是 |
否 |
高 |
❌ |
| 懒汉式 + 锁 |
是 |
是 |
低 |
⚠️ |
| DCL |
是 |
是 |
高 |
✅ |
| 静态内部类 |
是 |
是 |
高 |
✅✅ |
| 枚举单例 |
否 |
是 |
高 |
✅ |
六、总结
单例模式是设计模式中非常基础但非常实用的一种：
•概念简单，但在并发环境下实现不易。
•Java 推荐使用「静态内部类」或「枚举方式」。
•若需要延迟加载且线程安全，「DCL」是兼顾性能的好方案。
下一篇将带你深入讲解「工厂模式」的核心思想与进阶用法
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