Java 单例模式的8种经典实现

以下是 Java 单例模式的 8 种经典实现，结合线程安全性、延迟加载、防反射等维度深度解析，并附应用场景对比表。以咖啡店店长为例通俗化讲解：

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🔒 一、饿汉式（Eager Initialization）

public class CafeManager {
    private static final CafeManager INSTANCE = new CafeManager(); // 开业前就选好店长
    private CafeManager() {} // 禁止外部招聘新店长
    public static CafeManager getInstance() {
        return INSTANCE; // 直接返回唯一店长
    }
}

• 原理：类加载时立即初始化（类似咖啡店装修时已确定店长）

• 优点：线程安全（JVM 类加载机制保证）、实现简单

• 缺点：可能浪费资源（店长闲置时也占着位置）

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😴 二、懒汉式（线程不安全版）

public class CafeManager {
    private static CafeManager instance;
    private CafeManager() {}
    public static CafeManager getInstance() {
        if (instance == null) { // 临时招店长
            instance = new CafeManager(); 
        }
        return instance;
    }
}

• 原理：首次调用时创建实例（顾客上门才招店长）

• 缺点：多线程下可能创建多个店长（多个顾客同时下单招人）❌ 禁止生产使用

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🔐 三、懒汉式（同步方法版）

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

• 改进：synchronized 锁方法保证线程安全（只允许一个顾客招聘店长）

• 缺点：每次调用都加锁，性能差（每个顾客都要排队问店长在不在）

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⚡ 四、双重检查锁（DCL 终极版）

public class CafeManager {
    private static volatile CafeManager instance; // volatile 防指令重排
    private CafeManager() {}
    public static CafeManager getInstance() {
        if (instance == null) { // 第一次检查：避免不必要的锁竞争
            synchronized (CafeManager.class) {
                if (instance == null) { // 第二次检查：确保唯一性
                    instance = new CafeManager();
                }
            }
        }
        return instance;
    }
}

• 原理：两次判空 + volatile 保证可见性与有序性（店长招聘室双重门禁）

• 优点：线程安全 + 延迟加载 + 高性能（多数情况无需加锁）

• 适用：高并发场景（网红咖啡店高峰期）

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📦 五、静态内部类（推荐）

public class CafeManager {
    private CafeManager() {}
    private static class ManagerHolder {
        static final CafeManager INSTANCE = new CafeManager(); // 内部类持店长
    }
    public static CafeManager getInstance() {
        return ManagerHolder.INSTANCE; // 首次调用时加载内部类
    }
}

• 原理：利用类加载机制（当访问 ManagerHolder 时才初始化店长）

• 优点：线程安全（JVM 保证类加载同步）、天然延迟加载、无锁高性能

• Java 内存模型保证静态内部类加载仅一次

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🏷️ 六、枚举式（最安全）

public enum CafeManager {
    INSTANCE; // 枚举常量即单例
    public void openCafe() { 
        System.out.println("咖啡店营业！");
    }
}
// 使用：CafeManager.INSTANCE.openCafe();

• 原理：枚举类型天生单例（JVM 层保障）

• 优势：

  • 绝对线程安全

  • 自动防反射攻击（无法通过反射创建枚举）

  • 自动处理序列化（反序列化不生成新对象）

• Effective Java 作者推荐

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🧵 七、ThreadLocal 式（线程级单例）

public class ThreadLocalManager {
    private static final ThreadLocal<ThreadLocalManager> instance =
        ThreadLocal.withInitial(ThreadLocalManager::new); // 每个线程独立店长
    public static ThreadLocalManager getInstance() {
        return instance.get();
    }
}

• 原理：每个线程拥有独立实例（分店各自有店长）

• 适用场景：

  • 线程上下文隔离（如数据库连接管理）

  • 避免同步但非全局单例

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⚛️ 八、CAS 原子操作式（无锁实现）

public class CASManager {
    private static final AtomicReference<CASManager> INSTANCE = 
        new AtomicReference<>();
    private CASManager() {}
    public static CASManager getInstance() {
        for (;;) {
            CASManager instance = INSTANCE.get();
            if (instance != null) return instance;
            instance = new CASManager();
            if (INSTANCE.compareAndSet(null, instance)) // CAS 原子操作
                return instance;
        }
    }
}

• 原理：CAS（Compare-And-Swap）无锁更新（店长竞选投票机制）

• 优点：避免线程阻塞，高并发性能优

• 缺点：可能多次实例化（但仅存一个有效），实现复杂

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🛡️ 单例模式防破坏技巧

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📊 单例模式应用场景与选择指南

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