【Spring】单例模式的创建方式（Bean解析）

news2025/4/23 20:24:56

在Java中，单例模式（Singleton Pattern）确保一个类只有一个实例，并提供全局访问点。以下是实现单例的五种常见方式：懒汉式、饿汉式、双重检查锁、静态内部类和枚举，包括代码示例和优缺点分析。

1. 懒汉式（Lazy Initialization）

特点：延迟加载，实例在第一次使用时创建。
线程安全：基本实现非线程安全，需加锁优化。

代码示例：

public class Singleton {
    private static Singleton instance;

    private Singleton() {} // 私有构造，防止外部实例化

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

线程安全版（加锁）：

public class Singleton {
    private static Singleton instance;

    private Singleton() {}

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

优点：
- 延迟加载，节省内存（只有在使用时才创建实例）。
缺点：
- 基本版线程不安全。
- 线程安全版使用synchronized方法锁，性能较低（每次调用都加锁）。
适用场景：单线程环境或实例创建开销小、对性能要求不高的场景。

2. 饿汉式（Eager Initialization）

特点：类加载时就创建实例，急切初始化。
线程安全：天然线程安全，依赖JVM类加载机制。

代码示例：

public class Singleton {
    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（由JVM类加载保证）。
- 无需加锁，性能较高。
缺点：
- 非延迟加载，类加载时即创建实例，可能浪费内存（如果实例未被使用）。
- 如果构造方法有复杂逻辑，类加载可能变慢。
适用场景：实例创建开销小、确定会被使用的场景。

3. 双重检查锁（Double-Checked Locking, DCL）

特点：结合懒汉式的延迟加载和线程安全，减少锁粒度。
线程安全：通过volatile和双重检查确保线程安全。

代码示例：

public class Singleton {
    private static volatile Singleton instance;

    private Singleton() {}

    public static Singleton getInstance() {
        if (instance == null) { // 第一次检查（无锁）
            synchronized (Singleton.class) {
                if (instance == null) { // 第二次检查（有锁）
                    instance = new Singleton();
                }
            }
        }
        return instance;
    }
}

关键点：
- volatile防止指令重排序，确保实例初始化完成前不被其他线程访问。
- 双重检查减少锁竞争，仅在实例未创建时加锁。
优点：
- 延迟加载，节省内存。
- 线程安全，性能较高（锁粒度小）。
缺点：
- 实现较复杂，需理解volatile和指令重排序。
- 早期Java版本（1.4及之前）可能有DCL失效问题（现已解决）。
适用场景：需要延迟加载且高并发的场景。

4. 静态内部类（Static Inner Class）

特点：利用JVM类加载机制实现延迟加载和线程安全。
线程安全：由JVM保证静态内部类加载时的线程安全。

代码示例：

public class Singleton {
    private Singleton() {}

    private static class SingletonHolder {
        private static final Singleton INSTANCE = new Singleton();
    }

    public static Singleton getInstance() {
        return SingletonHolder.INSTANCE;
    }
}

原理：
- 静态内部类SingletonHolder在getInstance()调用时才加载，触发INSTANCE初始化。
- JVM确保类加载过程线程安全，无需额外同步。
优点：
- 延迟加载，节省内存。
- 线程安全，无需加锁，性能高。
- 实现优雅，代码简洁。
缺点：
- 无法传递参数给构造方法（除非通过其他方式）。
适用场景：需要延迟加载且要求高性能的场景，推荐使用。

5. 枚举（Enum）

特点：使用Java枚举类型实现单例，简洁且天然线程安全。
线程安全：由JVM保证枚举实例的单例性。

代码示例：

public enum Singleton {
    INSTANCE;

    // 可添加方法
    public void doSomething() {
        System.out.println("Singleton method called");
    }
}

使用方式：
```
Singleton.INSTANCE.doSomething();
```

优点：
- 实现最简单，代码极少。
- 线程安全，由JVM保证。
- 防止反射攻击和序列化问题（枚举天生防止反序列化创建新实例）。
- 支持添加方法，功能灵活。
缺点：
- 非延迟加载，枚举类加载时即创建实例。
- 不支持复杂构造逻辑（枚举构造较为固定）。
适用场景：需要绝对线程安全、防止反射/序列化问题、逻辑简单的场景。

6. 对比总结

方式	延迟加载	线程安全	性能	复杂性	防止反射/序列化	适用场景
懒汉式	是	否/是（加锁）	低（锁）	低	需额外处理	单线程或低并发
饿汉式	否	是	高	低	需额外处理	确定使用、无内存限制
双重检查锁	是	是	高	高	需额外处理	高并发、延迟加载
静态内部类	是	是	高	中	需额外处理	高性能、延迟加载，推荐
枚举	否	是	高	低	天然支持	简单逻辑、防反射/序列化，推荐

7. 注意事项

私有构造：所有实现都需私有构造方法，防止外部实例化。

反射攻击：除枚举外，其他方式可能通过反射创建实例，需在构造方法中加防护：

private Singleton() {
    if (instance != null) {
        throw new RuntimeException("Instance already exists!");
    }
}

序列化问题：除枚举外，单例实现序列化时需实现readResolve方法：
```
private Object readResolve() {
    return instance;
}
```
Spring中的单例：Spring的单例是容器级别的，生命周期由Spring管理，通常无需手动实现单例模式。