面试必会：手写单例模式（从零到完美的五种实现）

面试必会：手写单例模式（从零到完美的五种实现）

在设计模式中，单例模式（Singleton Pattern） 是最简单也是最常考的一种。它的核心思想是：确保一个类只有一个实例，并提供一个全局访问点。

在 Java 后端开发的面试中，面试官常常会要求你“手写一个单例”，并在此基础上追问线程安全、指令重排等问题。本文带你逐一击破。

1. 饿汉式（线程安全，简单直接）

“饿汉”的意思是：类加载时就完成了初始化，不管你用不用，先创建出来再说。

public class Singleton {
// 1. 私有化构造方法，防止外部 new
private Singleton() {}

// 2. 内部创建静态实例
private static final Singleton INSTANCE = new Singleton();

// 3. 提供静态获取方法
public static Singleton getInstance() {
return INSTANCE;
}
}

• 优点：写法简单，类加载时完成实例化，天然线程安全（由 JVM 保证）。
• 缺点：没有达到懒加载（Lazy Loading）的效果。如果该实例很大且一直没被使用，会造成内存浪费。

2. 懒汉式（线程不安全 -> 线程安全）

“懒汉”指的是：只有在第一次调用 getInstance 时才会去创建实例。

线程不安全版

public class Singleton {
private static Singleton instance;
private Singleton() {}

public static Singleton getInstance() {
if (instance == null) { // 多线程环境下，可能多个线程同时进入这个判断
instance = new Singleton();
}
return instance;
}
}

问题：多线程并发时，可能会创建出多个实例，违背单例初衷。

同步方法版（性能低）

public static synchronized Singleton getInstance() { // 加锁
if (instance == null) {
instance = new Singleton();
}
return instance;
}

问题：虽然解决了线程安全，但每次调用都要加锁，性能开销极大。

双重检查锁定（DCL，面试最常考）

public class Singleton {
// 必须加 volatile 关键字
private static volatile Singleton instance;

private Singleton() {}

public static Singleton getInstance {
// 第一重检查：提升效率，如果已经创建了就不用再进入该同步块
if (instance == null) {
synchronized (Singleton.class) {
// 第二重检查：确认在等待锁的过程中，没有其他线程创建实例
if (instance == null) {
instance = new Singleton();
}
}
}

return instance;
}
}

追问：为什么一定要加 volatile ？

instance = new Singleton 这一行代码在 JVM 中其实分为三步：

由于 JVM 的指令重排，步骤 2 和 3 的顺序可能会颠倒。如果线程 A 先执行了 1 和 3，此时 instance 已不为 null，但对象初始化还没完成。此时线程 B 进来，第一重检查发现不为 null，直接返回了这个“半成品”对象，程序就会报错。

volatile 的作用就是禁止指令重排，确保对象创建的有序性。

4. 静态内部类（推荐方案）

这是一种更优雅的写法，结合了饿汉式的线程安全和懒汉式的懒加载优点。

public class Singleton {
private Singleton() {};

// 静态内部类只有在被调用时才会被加载
private static class SingletonHolder {
private static final Singleton INSTANCE = new Singleton();
}

public static Singleton getInstance() {
return SingletonHolder.INSTANCE;
}
}

原理：只有当调用 getInstance 方法时，才会装在内部类 SingletonHolder，从而触发 INSTANCE 的实例化，由于类加载过程是线程安全的，因此这种方法既实现了延迟加载，又保证了线程安全，代码还非常简介。

枚举单例（最完美的方案）

《Effective Java》作者 Josh Bloch 极力推荐的实现方式。

public enum Singleton {
INSTANCE;

public void doSomething() {
System.out.println("Doing something…");
}
}

调用方式：Singleton.INSTANCE.doSomething；

为什么最好？

总结：我该选哪种？

面试建议：

• 如果面试官让你写一个“完美的”单例，直接写 静态内部类 或 DCL（记得解释 volatile）。
• 如果面试官问“哪种方式能防御反射攻击”，一定要提到 枚举。

如果你觉得这篇文章对你有帮助，欢迎点赞收藏！你的支持是我创作的最大动力。