单例模式

单例模式用于保证一个类在整个 JVM 进程中只有一个实例，并提供一个全局访问点。

它适合管理全局唯一、创建成本高、需要共享状态或共享资源的对象，例如配置中心、线程池、连接池、日志组件等。

解决什么问题

如果一个对象被随意创建，可能出现这些问题：

• 多个实例持有不同状态，导致数据不一致。
• 对象创建成本高，频繁创建浪费资源。
• 某些资源本来就应该唯一，例如全局配置、线程池。

单例模式把“实例创建权”收回到类内部，让外部只能通过固定入口拿对象。

基本结构

Singleton
  - private static instance
  - private constructor
  + public static getInstance()

关键点：

• 构造方法私有化，禁止外部 new。
• 实例由类自己保存。
• 提供静态方法获取实例。
• 多线程环境下必须保证线程安全。

推荐实现：静态内部类

静态内部类是 Java 中比较推荐的写法，兼顾懒加载和线程安全。

public final class AppConfig {

    private AppConfig() {
    }

    private static class Holder {
        private static final AppConfig INSTANCE = new AppConfig();
    }

    public static AppConfig getInstance() {
        return Holder.INSTANCE;
    }
}

为什么线程安全：

• 外部类加载时不会立即加载 Holder。
• 第一次调用 getInstance() 时才加载 Holder。
• 类加载过程由 JVM 保证线程安全。

枚举单例

如果需要最强的防御能力，枚举单例也很常用。

public enum IdGenerator {
    INSTANCE;

    public long nextId() {
        return System.currentTimeMillis();
    }
}

调用：

long id = IdGenerator.INSTANCE.nextId();

枚举单例天然防止反射和反序列化破坏单例，缺点是写法不一定符合所有团队习惯。

不推荐的懒汉式

下面这种写法在多线程下可能创建多个实例：

public class UnsafeSingleton {
    private static UnsafeSingleton instance;

    private UnsafeSingleton() {
    }

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

如果两个线程同时进入 if (instance == null)，就可能各自创建一个对象。

双重检查锁

双重检查锁可以用，但必须加 volatile。

public class DatabaseClient {
    private static volatile DatabaseClient instance;

    private DatabaseClient() {
    }

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

volatile 的作用是避免指令重排，防止其他线程拿到一个还没初始化完成的对象。

使用场景

• 全局配置读取器。
• 应用级缓存管理器。
• 线程池、连接池等共享资源。
• ID 生成器。
• Spring 容器中的默认单例 Bean。

优点

• 节省资源，避免重复创建。
• 提供统一访问入口。
• 可以控制实例生命周期。

缺点

• 容易变成全局变量，增加隐藏依赖。
• 单例内部如果有可变状态，多线程下仍然要考虑并发安全。
• 单元测试时不如普通对象容易替换。
• 过度使用会让代码耦合变重。

实战注意

在 Spring 项目里，大多数对象不需要自己手写单例。Spring Bean 默认就是单例作用域，通常让容器管理即可。

真正需要手写单例的场景，多出现在框架工具类、SDK、非 Spring 管理对象中。