单例设计模式之懒汉式以及线程安全问题
在单例设计模式中，懒汉式（Lazy Initialization） 通过延迟实例化来优化资源使用，但在多线程环境下存在线程安全问题。以下是其核心问题及解决方案的详细解析：
一、基础懒汉式代码（线程不安全）
public class Singleton {private static Singleton instance;private Singleton() {} // 私有构造器public static Singleton getInstance() {if (instance == null) { // 步骤1：检查实例是否存在instance = new Singleton(); // 步骤2：创建实例}return instance;}
}
问题分析
当多个线程同时调用 getInstance() 时：
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线程A 进入步骤1，发现
instance为null。 -
线程B 同时进入步骤1，同样发现
instance为null。 -
两个线程都会执行步骤2，创建多个实例，违反单例原则。
二、解决方案
1. 同步方法（线程安全，效率低）
public static synchronized Singleton getInstance() {if (instance == null) {instance = new Singleton();}return instance;
}
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优点：简单直接，确保线程安全。
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缺点：每次调用
getInstance()都需要同步，性能差（99% 情况下实例已存在，无需同步）。
2. 双重检查锁（Double-Check Locking，DCL）
public class Singleton {private static volatile Singleton instance; // volatile 禁止指令重排序private Singleton() {}public static Singleton getInstance() {if (instance == null) { // 第一次检查（无锁）synchronized (Singleton.class) { // 加锁if (instance == null) { // 第二次检查（有锁）instance = new Singleton(); // 创建实例}}}return instance;}
}
关键点
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双重检查：减少锁竞争，只有第一次创建实例时同步。
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volatile关键字：禁止 JVM 指令重排序，防止返回未初始化完成的实例。-
instance = new Singleton()的代码实际分为三步：-
分配内存空间。
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初始化对象。
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将
instance指向分配的内存。
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若无
volatile，可能发生指令重排（步骤3在步骤2之前执行），导致其他线程获取到未初始化的实例。
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3. 静态内部类（推荐）
public class Singleton {private Singleton() {}private static class Holder {private static final Singleton INSTANCE = new Singleton();}public static Singleton getInstance() {return Holder.INSTANCE; // 类加载时初始化实例}
}
原理
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JVM 在加载外部类时不会加载内部类，只有调用
getInstance()时才会加载Holder类。 -
类加载过程是线程安全的，由 JVM 保证，天然避免多线程问题。
4. 枚举实现（最佳实践）
public enum Singleton {INSTANCE; // 单例实例public void doSomething() {// 业务方法}
}
优点
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线程安全由 JVM 保证。
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防止反射攻击（无法通过反射创建枚举实例）。
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防止反序列化生成新对象。
三、方案对比
| 方案 | 线程安全 | 性能 | 实现复杂度 | 防反射/反序列化 |
|---|---|---|---|---|
| 同步方法 | ✅ | ❌ | 低 | ❌ |
| 双重检查锁 | ✅ | ✅ | 中 | ❌ |
| 静态内部类 | ✅ | ✅ | 低 | ❌ |
| 枚举 | ✅ | ✅ | 低 | ✅ |
四、总结
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基础懒汉式：多线程下不安全，需改进。
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同步方法：简单但性能差，不推荐高并发场景。
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双重检查锁：性能优，需配合
volatile。 -
静态内部类：推荐方案，兼顾安全与性能。
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枚举：最佳实践，支持防反射和反序列化。