作為一名Java開發工程師，你一定對**單例模式（Singleton Pattern）**不陌生。它是23種經典設計模式中最簡單也是最常用的一種，用于確保一個類在整個應用程序中只有一個實例存在。

單例廣泛應用于系統配置、數據庫連接池、日志管理器、緩存服務等場景。本文將帶你全面掌握 Java中實現單例的多種方式、線程安全性、懶加載機制、反射攻擊防范、序列化處理以及在Spring中的應用。

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🧱 一、什么是單例模式？

單例模式（Singleton Pattern） 是一種創建型設計模式，其核心思想是：

? 確保一個類在整個程序運行期間只被初始化一次，并提供一個全局訪問點。

單例的核心特點：

特性	描述
私有構造方法	防止外部通過?new?創建實例
靜態私有實例	指向自己唯一的實例對象
公共靜態獲取方法	提供對外訪問該實例的方法

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📦 二、單例的基本實現方式

1. 餓漢式（Eager Initialization）

public class Singleton {// 類加載時就初始化private static final Singleton INSTANCE = new Singleton();// 構造方法私有private Singleton() {}// 提供唯一訪問方法public static Singleton getInstance() {return INSTANCE;}
}

? 線程安全
?? 類加載即初始化，浪費資源（非懶加載）

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2. 懶漢式（Lazy Initialization）

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

?? 非線程安全，在多線程下可能創建多個實例

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3. 懶漢式 + 同步方法（線程安全）

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

? 線程安全
?? 性能差，每次調用都要加鎖

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4. 雙重檢查鎖定（Double-Checked Lockin

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

? 線程安全、懶加載、性能較好
? 必須使用 volatile 防止指令重排序

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5. 靜態內部類（IoDH，Initialization on Demand Holder）

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

? 線程安全
? 懶加載
? 推薦寫法之一

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6. 枚舉（Enum）實現單例（《Effective Java》推薦）

public enum Singleton {INSTANCE;public void doSomething() {System.out.println("執行單例操作");}
}

調用方式：

Singleton.INSTANCE.doSomething();

? 線程安全
? 天然支持序列化/反序列化
? 防止反射攻擊
? 推薦寫法之一

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🔐 三、單例的安全性問題

1. 如何防止反射破壞單例？

默認情況下，通過反射可以調用私有構造函數，從而創建多個實例。

解決辦法：添加構造函數檢測

private Singleton() {if (INSTANCE != null) {throw new RuntimeException("單例已被初始化");}
}

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2. 如何防止序列化/反序列化破壞單例？

如果實現了 Serializable 接口，反序列化會生成新對象。

解決辦法：添加 readResolve() 方法

protected Object readResolve() {return INSTANCE;
}

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🔄 四、單例模式的應用場景

場景	示例
日志記錄器	記錄整個系統的日志
數據庫連接池	統一管理數據庫連接
緩存服務	如本地緩存、Redis客戶端
配置管理器	加載并讀取配置文件
Spring Bean	默認就是單例作用域
線程池	統一管理線程資源
ID生成器	保證ID全局唯一

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🧩 五、單例模式的優缺點

優點	缺點
節省內存資源	生命周期長，可能造成內存泄漏
提供全局訪問點	違背單一職責原則（若邏輯復雜）
易于維護和控制	不利于測試（依賴隱藏）
線程安全（部分實現）	擴展困難（不符合開閉原則）

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📦 六、Spring 中的單例 Bean

在Spring框架中，默認所有Bean都是單例的（@Scope("singleton")），但它的“單例”含義略有不同：

? 在Spring容器中，每個Bean定義只會有一個實例
? 與傳統單例不同的是，它不是JVM級別的單例，而是Spring上下文內的單例

示例

@Component
public class MyService {public void sayHello() {System.out.println("Hello from singleton bean");}
}

注入使用：

@RestController
public class MyController {@Autowiredprivate MyService myService;@GetMapping("/hello")public String hello() {myService.sayHello();return "OK";}
}

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🚫 七、常見誤區與注意事項

錯誤	正確做法
使用懶漢式未同步導致并發問題	使用雙重檢查或靜態內部類
忘記?volatile?導致指令重排	添加?volatile?關鍵字
忽略反射攻擊	添加構造函數檢查
忽略序列化破壞	添加?readResolve()?方法
將單例用于可變狀態	應保持不可變性或加鎖處理
單例中包含大量業務邏輯	應拆分職責，避免違反單一職責原則

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📊 八、六種常見單例實現對比表

實現方式	是否線程安全	是否懶加載	是否推薦
餓漢式	?	?	?
懶漢式	?	?	?
同步方法懶漢式	?	?	?
雙重檢查鎖定	?	?	?
靜態內部類	?	?	?
枚舉	?	?	???（最佳實踐）

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📎 九、附錄：單例相關工具與框架速查表

工具/框架	用途
Lombok 的?@UtilityClass	幫助構建無實例的工具類
Spring 的?@Component?/?@Service	自動注冊為單例Bean
Guice / Dagger	DI框架中的單例支持
MapStruct / Dozer	單例工具類轉換數據
Jackson / Gson	單例對象的序列化控制
Mockito	單例測試時需使用 Spy 或注入方式
ThreadLocal	若誤用可能導致偽單例問題
Flyweight 模式	與單例類似，但允許多個共享實例

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? 十、總結：Java 單例類關鍵知識點一覽表

內容	說明
定義	整個程序中僅允許存在一個實例
核心結構	私有構造器 + 私有靜態實例 + 公共靜態訪問方法
實現方式	餓漢式、懶漢式、雙重檢查、靜態內部類、枚舉
線程安全	枚舉、雙重檢查、靜態內部類是線程安全的
懶加載	懶漢式、雙重檢查、靜態內部類支持懶加載
Spring 中的單例	容器內單例，非JVM級別
注意事項	防止反射、序列化破壞，合理使用
推薦寫法	枚舉 > 靜態內部類 > 雙重檢查

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