news 2026/5/1 3:49:41

单例设计模式(菜鸟教程)--高频面试问题系列

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张小明

前端开发工程师

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单例设计模式(菜鸟教程)--高频面试问题系列

目录

作者有话要说:

一,什么是单例设计模式?

二,单例设计模式有什么特点?

三,什么使用使用单例设计模式?

四,单例设计模式的实现方式?

1.懒汉式的实现方式

2.饿汉式的实现方式

3.双锁检查的实现方式


作者有话要说:

单例模式是面试高频考点之一。本文以问答形式解析单例模式的核心要点,在问题回答时采用最简洁易懂的方式描述,帮助读者快速掌握其精髓,为面试提供清晰应答思路。

一,什么是单例设计模式?

单例设计模式:创建自己的唯一实例,并且给外部提供访问唯一对象的方式。

例如:国家创建自己的唯一首都,经济,政治等内容都是围绕首都开展,开通一个访问通道A,其他国家的人想要访问唯一首都只能通过通道A来访问。

【注意】:创建实例就是:

Dog aa = new Dog();

二,单例设计模式有什么特点?

单例设计模式的特点:

  • 单例类只能有一个实例。(只能new一次)
  • 单例类必须要创建自己的唯一实例。(必须 new)
  • 单例类必须创建一个外部访问自身对象的方式。(必须让别人能访问自己)

单例设计模式的核心:私有化构造方法。

三,什么时候使用单例设计模式?

单例设计模式适合在需要资源独占型场景:需要唯一实例控制资源访问;全局共享状态 / 配置场景:需要统一的全局数据访问;高创建成本的对象:避免频繁创建销毁浪费资源;控制行为的全局唯一性场景:需要统一的逻辑入口的场景下。

例如:

  • 生成唯一序列号(资源独占型场景)。
  • 设计计数器(需要统一的逻辑入口)。

四,单例设计模式的实现方式?

1.懒汉式的实现方式

该实现方式是加入了synchronized关键字,实现了线程安全的懒汉式实现。

语言描述:实现步骤,定义一个静态的实例变量,将构造方法私有化,然后创建外部get访问方法,先判断实例变量是否为空,为空就创建唯一实例。

public class Singleton { //静态的实例变量 private static Singleton instance; //私有化构造方法 private Singleton (){} //外部访问方法 public static synchronized Singleton getInstance() { //判断实例变量是否为空 if (instance == null) { //创建唯一实例 instance = new Singleton(); } return instance; } }

2.饿汉式的实现方式

线程安全的饿汉式实现

语言描述:先定义静态的实例变量并立即初始化,将构造方法私有化,创建外部访问的getInstance()方法。

public class Singleton { //定义静态的实例变量并立即初始化 private static Singleton instance = new Singleton(); //私有化构造方法 private Singleton (){} //创建外部访问的get方法 public static Singleton getInstance() { return instance; } }

3.双锁检查的实现方式(最常用)

语言描述:定义volatile 修饰的静态实例变量,私有化构造方法,创建外部访问的getSingleton()方法加入双重检查和细粒度锁。

public class Singleton { //定义一个静态的实例变量 private volatile static Singleton singleton; //私有化构造方法 private Singleton (){} //创建访问方式 public static Singleton getSingleton() { //判断是否为空 if (singleton == null) { synchronized (Singleton.class) { //再次判断是否为空 if (singleton == null) { singleton = new Singleton(); } } } return singleton; } }

第一步:定义volatile 修饰的静态实例变量(优化核心)

  • 额外添加volatile关键字:这是 DCL 单例的关键优化点,作用是禁止 JVM 对singleton = new Singleton()进行指令重排序,避免多线程下出现 “半初始化实例” 的问题(后文会解释)。
  • 这里并未立即初始化实例(赋值为null),保留了懒加载的特性(用到时才创建)。

第二步:私有化构造方法(单例的核心前提)

第三步:创建外部访问的getSingleton()方法(双重检查 + 细粒度锁)

这是 DCL 单例的核心逻辑,分为三个关键环节,解决了同步方法懒汉式的性能问题:

  1. 第一次判空(无锁检查):如果实例已经创建完成(singleton != null),直接返回实例,无需进入锁逻辑。这一步避免了后续每次调用方法都触发锁竞争,极大提升了高并发场景下的性能。
  2. 加细粒度同步锁:只有当实例未创建时(singleton == null),才对Singleton.class(类对象)加锁,保证同一时间只有一个线程能进入锁代码块。和同步方法相比,锁的粒度从 “整个方法” 缩小到 “实例创建的代码块”,减少了锁的开销。
  3. 第二次判空(锁内检查):进入锁代码块后,再次判断实例是否为null。这是因为可能存在多个线程同时通过第一次判空,等待锁的情况 ——比如线程 A 拿到锁创建了实例,线程 B 随后拿到锁,此时如果没有第二次判空,线程 B 会再次创建实例,破坏单例

补充:volatile的关键作用(为什么必须加?)

singleton = new Singleton()这行代码看似是一步操作,实际 JVM 会拆分为三步:

  1. singleton分配内存空间;
  2. 执行构造方法,初始化singleton对象;
  3. singleton引用指向分配的内存地址(此时singleton != null)。

JVM 为了优化性能,可能会将步骤 2 和 3 重排序(变成 1→3→2)。在多线程下,这会导致:线程 A 执行了 1→3(此时singleton非空但未初始化),线程 B 第一次判空时发现singleton != null,直接返回这个 “半初始化的实例”,调用时会出现异常。

volatile关键字会禁止这种指令重排序,保证步骤 1→2→3 的执行顺序,从而避免了 “半初始化实例” 的问题。

这是目前生产环境中最常用的懒汉式单例实现方式,兼顾了性能和线程安全。

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