手撕单例的 5 种写法！

单例模式是一种常见的设计模式，它确保一个类只有一个实例，并提供一个全局访问点来获取该实例。当然，它也是面试中的常客，尤其是某手面试中经常要求应聘者手撕，所以今天咱们就来盘盘它。

单例模式的实现方式有很多，如下图所示：

具体实现如下。

1.饿汉式模式

此在饿汉式单例模式中，实例在类加载时就被创建，这种方式的优点是实现简单，线程安全（因为类加载过程是线程安全的）。缺点是可能会导致实例过早创建，如果实例创建过程比较耗时或者占用大量资源，而在程序运行初期并不需要该实例，就会造成资源浪费。

public class Singleton {
    // 1.私有静态成员变量，在类加载时就创建实例
    private static Singleton instance = new Singleton();

    // 2.私有构造函数，防止外部通过构造函数创建实例
    private Singleton() {}

    // 3.公共静态方法，用于获取唯一的实例
    public static Singleton getInstance() {
        return instance;
    }
}

2.懒汉模式（非安全）

懒汉式单例模式在第一次调用 getInstance 方法时才创建实例，这样可以避免实例过早创建。但上述代码是非线程安全的，在多线程环境下，可能会出现多个线程同时进入 if 语句，导致创建多个实例的情况。

public class Singleton {
    // 1.私有静态成员变量，初始化为null
    private static Singleton instance = null;

    // 2.私有构造函数，防止外部通过构造函数创建实例
    private Singleton() {}

    // 3.公共静态方法，用于获取唯一的实例
    public static Singleton getInstance() {
        if (instance == null) {
            instance = new Singleton();
        }
        return instance;
    }
}

3.懒汉模式（安全效率低）

此版本的懒汉式单例模式通过在 getInstance 方法上添加 synchronized 关键字，使其成为线程安全的。但这种方式的缺点是每次调用 getInstance 时都需要获取锁，会导致性能下降，尤其是在高并发环境下。

public class Singleton {
    // 1.私有静态成员变量，初始化为null
    private static Singleton instance = null;

    // 2.私有构造函数，防止外部通过构造函数创建实例
    private Singleton() {}

    // 3.公共静态方法，用于获取唯一的实例
    public static synchronized Singleton getInstance() {
        if (instance == null) {
            instance = new Singleton();
        }
        return instance;
    }
}

4.双重检查锁模式

双重检查锁定模式在懒汉式基础上进行了优化，通过两次检查 instance 是否为 null，既保证了在第一次需要实例时创建实例，又在一定程度上避免了每次调用 getInstance 都获取锁的情况，提高了性能。不过，由于指令重排序等问题，可能会导致一些错误，因此需要在 instance 变量前添加 volatile 关键字来解决。

public class Singleton {
    // 1.私有静态成员变量，初始化为null
    private volatile static Singleton instance = null;

    // 2.私有构造函数，防止外部通过构造函数创建实例
    private Singleton() {}

    // 3.公共静态方法，用于获取唯一的实例
    public static Singleton getInstance() {
        if (instance == null) {
            synchronized (Singleton.class) {
                if (instance == null) {
                    instance = new Singleton();
                }
            }
        }
        return instance;
    }
}

5.静态内部类模式

这种方式利用了静态内部类的特性，当外部类被加载时，静态内部类不会被加载，只有当调用 getInstance 方法时，静态内部类才会被加载，此时才创建单例实例。这种实现方式既保证了线程安全，又避免了在不需要实例时过早创建实例，是一种比较常用的单例模式实现方式。

public class Singleton {
    // 1.私有构造函数，防止外部通过构造函数创建实例
    private Singleton() {}

    // 2.静态内部类，其中包含单例实例
    private static class SingletonHolder {
        private static final Singleton instance = new Singleton();
    }

    // 3.公共静态方法，用于获取唯一的实例
    public static Singleton getInstance() {
        return SingletonHolder.instance;
    }
}

小结

单例模式虽然实现方式有 5 种：饿汉模式、懒汉非安全模式、懒汉安全模式、双重效验锁模式、静态内部类模式，但它的写法基本都是以下三步：

1. 定义私有构造方法（防止 new 多个实例）。
2. 定义私有变量（承接单例对象）。
3. 定义统一返回对象的方法。

本文已收录到我的面试小站 www.javacn.site，其中包含的内容有：并发编程、MySQL、Redis、Spring、Spring MVC、Spring Boot、Spring Cloud、MyBatis、JVM、设计模式、消息队列等模块。