每日Java面试场景题知识点之-单例模式

每日Java面试场景题知识点之-单例模式

一、单例模式概述

单例模式（Singleton Pattern）是Java中最简单也是最常用的设计模式之一。它保证一个类只有一个实例，并提供一个全局访问点来访问这个实例。在Java企业级项目中，单例模式广泛应用于配置管理、数据库连接池、缓存管理等场景。

二、单例模式的多种实现方式

1. 饿汉式单例模式

public class EagerSingleton { // 在类加载时就创建实例，线程安全但可能造成资源浪费 private static final EagerSingleton instance = new EagerSingleton(); private EagerSingleton() {} public static EagerSingleton getInstance() { return instance; } }

特点：

• 线程安全
• 类加载时就创建实例
• 可能造成资源浪费

2. 懒汉式单例模式（线程不安全）

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

**问题：**在多线程环境下，可能创建多个实例。

3. 懒汉式单例模式（线程安全）

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

特点：

• 线程安全
• 性能较差（每次获取实例都要同步）

4. 双重检查锁定（DCL）

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

特点：

• 线程安全
• 性能较好
• 需要使用volatile关键字防止指令重排序

5. 静态内部类方式

public class InnerClassSingleton { private InnerClassSingleton() {} private static class SingletonHolder { private static final InnerClassSingleton INSTANCE = new InnerClassSingleton(); } public static InnerClassSingleton getInstance() { return SingletonHolder.INSTANCE; } }

特点：

• 线程安全
• 延迟加载
• 性能最好

6. 枚举方式

public enum EnumSingleton { INSTANCE; public void doSomething() { // 业务逻辑 } }

特点：

• 线程安全
• 防止反射攻击
• 防止序列化破坏

三、企业级项目中的实际应用场景

1. 配置管理器

在大型企业应用中，配置信息通常需要全局共享且只加载一次。

public class ConfigManager { private static volatile ConfigManager instance; private Properties properties; private ConfigManager() { properties = new Properties(); loadConfig(); } public static ConfigManager getInstance() { if (instance == null) { synchronized (ConfigManager.class) { if (instance == null) { instance = new ConfigManager(); } } } return instance; } private void loadConfig() { try { properties.load(ConfigManager.class.getClassLoader().getResourceAsStream("config.properties")); } catch (IOException e) { throw new RuntimeException("加载配置文件失败", e); } } public String getProperty(String key) { return properties.getProperty(key); } }

2. 数据库连接池

数据库连接池是单例模式的典型应用，确保全局只有一个连接池实例。

public class ConnectionPool { private static volatile ConnectionPool instance; private DataSource dataSource; private ConnectionPool() { initDataSource(); } public static ConnectionPool getInstance() { if (instance == null) { synchronized (ConnectionPool.class) { if (instance == null) { instance = new ConnectionPool(); } } } return instance; } private void initDataSource() { HikariConfig config = new HikariConfig(); config.setJdbcUrl("jdbc:mysql://localhost:3306/mydb"); config.setUsername("root"); config.setPassword("password"); config.setMaximumPoolSize(20); dataSource = new HikariDataSource(config); } public Connection getConnection() throws SQLException { return dataSource.getConnection(); } }

3. 缓存管理器

在电商系统中，缓存管理器通常需要全局唯一实例。

public class CacheManager { private static volatile CacheManager instance; private Cache<String, Object> cache; private CacheManager() { cache = Caffeine.newBuilder() .maximumSize(1000) .expireAfterWrite(10, TimeUnit.MINUTES) .build(); } public static CacheManager getInstance() { if (instance == null) { synchronized (CacheManager.class) { if (instance == null) { instance = new CacheManager(); } } } return instance; } public void put(String key, Object value) { cache.put(key, value); } public Object get(String key) { return cache.getIfPresent(key); } public void remove(String key) { cache.invalidate(key); } }

四、常见问题及解决方案

1. 线程安全问题

**问题：**在多线程环境下，单例模式可能创建多个实例。

解决方案：

• 使用synchronized关键字
• 使用双重检查锁定（DCL）
• 使用静态内部类
• 使用枚举

2. 反射攻击问题

**问题：**通过反射可以破坏单例模式。

解决方案：

private Singleton() { if (instance != null) { throw new RuntimeException("单例模式不允许反射创建实例"); } }

3. 序列化破坏问题

**问题：**通过序列化和反序列化可以破坏单例模式。

解决方案：

protected Object readResolve() { return getInstance(); }

4. 性能问题

**问题：**同步方法会影响性能。

解决方案：

• 使用双重检查锁定
• 使用静态内部类
• 使用枚举

五、最佳实践

1. 选择合适的实现方式：根据具体场景选择最适合的单例实现方式
2. 考虑线程安全：在多线程环境中必须保证线程安全
3. 防止反射和序列化破坏：对于重要的单例类，需要防止反射和序列化破坏
4. 考虑资源管理：确保单例类能够正确管理资源
5. 避免过度使用：单例模式虽然方便，但过度使用会导致代码耦合度高

六、总结

单例模式是Java企业级开发中的重要设计模式，它保证一个类只有一个实例，并提供全局访问点。在实际项目中，我们需要根据具体场景选择合适的实现方式，并注意线程安全、反射攻击、序列化破坏等问题。

掌握单例模式对于Java开发者来说是非常重要的，它不仅能够帮助我们写出更好的代码，还能够在面试中展示我们的设计能力。

感谢读者观看！