Java单例模式五种写法详解：从线程安全到枚举最佳实践

单例模式（Singleton Pattern）是一种创建型设计模式，其主要目的是确保一个类只有一个实例，并提供一个全局访问点。这在需要控制资源（如数据库连接池、配置管理、日志对象）或保证业务唯一性（如序列号生成器）的场景中非常有用。

单例模式的核心特点

实现一个单例模式通常需要满足以下三个核心条件：

1. 私有化构造方法：防止外部通过 new 关键字直接创建实例。
2. 私有化静态实例引用：在类内部持有该唯一实例的引用。
3. 公有化静态获取方法：提供一个全局的静态方法来获取这个唯一实例。

为什么需要特别注意实现方式？

仅满足上述三点基础的实现可能并不可靠，主要面临两个挑战：

1. 反射攻击：通过 java.lang.reflect.AccessibleObject.setAccessible 方法可以绕过私有构造器的限制。
2. 序列化与反序列化：一个已被序列化的单例对象，在反序列化时可能会生成新的实例，破坏单例性。

下面我们将详细解析几种常见的单例实现方式，并分析其优缺点。

懒汉式 (Lazy Initialization)

懒汉式的特点是实例在第一次被使用时才创建，延迟加载可以节约资源。

1. 基础懒汉式（线程不安全）

这是最简单的形式，但在多线程环境下会创建多个实例。

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

问题：当多个线程同时执行到 if (instance == null) 判断时，可能都会进入条件内，从而创建多个实例。

2. 同步方法懒汉式（线程安全但低效）

通过给获取方法加 synchronized 关键字来实现线程安全。

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

缺点：虽然保证了线程安全，但每次调用 getInstance() 都需要进行同步，性能开销较大。

3. 双重检查锁定 (Double-Checked Locking, DCL)

为了兼顾线程安全和性能，双重检查锁定模式应运而生。

public static Singleton getSingleton() {
    if (instance == null) {
        synchronized (Singleton.class) {
            if (instance == null) {
                instance = new Singleton();
            }
        }
    }
    return instance;
}

原理：第一次检查避免不必要的同步，第二次检查在同步块内确保只有一个线程创建实例。但它仍然有一个潜在问题：instance = new Singleton() 这行代码并非原子操作，在Java内存模型中可能发生指令重排序，导致其他线程获取到一个未初始化完成的对象。

解决方案：使用 volatile 关键字修饰实例变量，禁止指令重排序。

private volatile static Singleton instance;

4. 静态内部类实现（推荐）

这是一种更优雅的懒汉式实现，利用了类加载机制来保证初始化实例时只有一个线程，且无需同步开销。

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

优点：线程安全，延迟加载，效率高。因为 SingletonHolder 是私有的，只有在 getInstance() 方法被调用时才会加载并初始化 INSTANCE。

饿汉式 (Eager Initialization)

饿汉式的特点是类加载时就初始化实例，基于JVM的类加载机制，本身就是线程安全的。

private static final Singleton instance = new Singleton();
private Singleton(){}
public static Singleton getInstance() {
    return instance;
}

优点：实现简单，线程安全。
缺点：无论是否用到，类装载时就完成实例化，如果该实例很耗资源且从未使用，会造成内存浪费。

枚举式 (Enum Singleton) - 《Effective Java》推荐

使用枚举是实现单例模式的最佳方式之一，它能天然防御反射攻击和序列化问题。

enum SingletonEnum {
    INSTANCE;
    // 可以在此添加实例方法
    public void doSomething() {
        // ...
    }
}

访问方式：SingletonEnum.INSTANCE

优势：

1. 线程安全：枚举实例的创建是线程安全的。
2. 防止反序列化创建新对象：JVM保证每个枚举类型及其定义的枚举常量在全局都是唯一的，在序列化和反序列化过程中不会产生新的实例。
3. 防止反射攻击：JDK源码中明确禁止使用反射创建枚举实例。

总结与选择建议

实现方式	线程安全	延迟加载	防止反射/序列化破坏	性能	实现复杂度
基础懒汉式	❌	✅	❌	高	简单
同步方法懒汉式	✅	✅	❌	低	简单
双重检查锁定(DCL)	✅	✅	❌	较高	中等
静态内部类	✅	✅	❌	高	简单
饿汉式	✅	❌	❌	高	简单
枚举	✅	❌/✅*	✅	高	简单

*枚举的实例在类加载时被创建，可视为一种“饿汉式”。但其在访问时才触发类加载的特性，在某些情况下也可达到类似延迟加载的效果。

在并发编程场景下，如果需要延迟加载，静态内部类是实现单例的优选方案。如果对资源消耗不敏感，简单的饿汉式也是不错的选择。而在现代Java开发中，枚举因其简洁性和绝对的安全性，被广泛认为是实现单例模式的最佳实践。