单例模式 — DCL/枚举/Holder

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意图：保证一个类只有一个实例，并提供一个全局访问点。核心思路：构造器私有 + 静态方法返回唯一实例。

实现方式对比

方式 线程安全 懒加载 反序列化安全 反射安全 推荐度
饿汉式 ✓ ✗ ✗ ✗ ★★
懒汉式(synchronized) ✓ ✓ ✗ ✗ ★★
DCL + volatile ✓ ✓ ✗ ✗ ★★★★
静态内部类 ✓ ✓ ✗ ✗ ★★★★
枚举 ✓ ✗(类加载时) ✓ ✓ ★★★★★

1) DCL（双重检查锁定）+ volatile

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public class DclSingleton {
    private static volatile DclSingleton instance; // volatile 防止指令重排序
    private DclSingleton() {}

    public static DclSingleton getInstance() {
        if (instance == null) {
            synchronized (DclSingleton.class) {
                if (instance == null) {
                    instance = new DclSingleton();
                }
            }
        }
        return instance;
    }
}

为什么需要 volatile？new DclSingleton() 不是原子操作，JVM 会将其分解为三步：

  1. 分配内存空间
  2. 初始化对象
  3. 将引用指向内存地址

JIT 可能将步骤 2 和 3 重排序。如果线程 A 执行到步骤 3 但未执行步骤 2，线程 B 在第一次检查时发现 instance != null，直接返回一个未初始化完毕的对象——这就是著名的指令重排序问题。volatile 通过内存屏障禁止这种重排序。

2) 静态内部类（Holder 模式）

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public class HolderSingleton {
    private HolderSingleton() {}

    private static class Holder {
        private static final HolderSingleton INSTANCE = new HolderSingleton();
    }

    public static HolderSingleton getInstance() {
        return Holder.INSTANCE;  // 首次访问 Holder 类时才触发加载
    }
}

利用了 JVM 类加载机制的延迟初始化——Holder 类只有在 getInstance() 首次被调用时才会被加载和初始化，天然线程安全。

3) 枚举（推荐方式）

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public enum EnumSingleton {
    INSTANCE;

    public void doSomething() {
        // 业务逻辑
    }
}

枚举是 Java 中实现单例的最佳方式：

  • 序列化安全：JVM 保证反序列化时不会创建新实例
  • 反射安全：Constructor.newInstance() 源码中对枚举类型直接抛出 IllegalArgumentException
  • 但注意：枚举实例在类加载时创建，不支持懒加载

破坏与防御

  1. 反射破坏：setAccessible(true) 调用私有构造器。防御：构造器中判断 instance 已存在则抛异常。
  2. 序列化破坏：反序列化时通过 readResolve() 返回已有实例。枚举天然免疫上述两种破坏。

框架中的位置

  • Spring Bean 默认 Scope 是 singleton，IoC 容器中每个 BeanDefinition 对应唯一实例
  • JDK java.lang.Runtime 是饿汉式单例
  • Logback/Log4j2 的 LoggerFactory 内部使用单例