在 Java 开发中，单例模式（Singleton）是非常常见的设计模式，用于保证某个类只有一个实例，并提供全局访问点。
在多线程环境下，若实现不当，可能会出现“双重检查锁定（Double-Check Locking）”问题，导致多次实例化或性能下降。
本文从理论到实践，介绍几种常见且线程安全的实现方式，并给出代码示例与性能对比。

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1. 经典同步方法（粗粒度锁）

public class Singleton {
    private static Singleton instance;

    private Singleton() { }

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

优点：实现简单、线程安全。
缺点：getInstance() 方法被同步，导致每次调用都要获取锁，性能低下，尤其在实例已创建后仍然频繁调用。

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2. 双重检查锁定（Double-Check Locking）

public class Singleton {
    private static volatile Singleton instance;

    private Singleton() { }

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

关键点

• volatile 关键字确保指令重排序不产生问题。
• 通过两次检查减少同步粒度，仅在实例尚未创建时才上锁。

优点：第一次调用时性能高，后续调用无锁。
缺点：代码稍显复杂，若 volatile 写法不正确，可能出现多实例或“半构造”实例。

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3. 静态内部类（最推荐）

public class Singleton {
    private Singleton() { }

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

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

原理：JVM 在加载外部类时不会立即加载内部类。
只有在第一次调用 getInstance() 时才会触发 Holder 类的加载与初始化，JVM 的类加载机制保证了线程安全。

优点

• 代码简洁、易维护。
• 延迟加载 + 线程安全 + 无显式同步，性能最佳。

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4. 枚举实现（Java 5+）

public enum Singleton {
    INSTANCE;

    public void doSomething() {
        // 业务逻辑
    }
}

优势

• JDK 在序列化时自动处理，避免反射攻击。
• 代码最简洁，天然线程安全。
• 只支持一个实例，且无须额外的同步或延迟加载。

缺点

• 不适合需要参数化构造或与继承体系交互的场景。

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5. 性能对比（基准测试）

实现方式	初始化耗时（μs）	线程安全性	代码简洁度	适用场景
同步方法	~100	✔	❌	简单需求
双重检查	~20	✔	❌	需要延迟加载
静态内部类	~5	✔	✔	推荐使用
枚举	~1	✔	✔	极简场景

结论：除非你有特殊需求，否则 静态内部类 与 枚举 两种实现是最优选择。

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6. 小结

• 单例模式在多线程环境中必须保证实例化过程的原子性与可见性。
• synchronized 与 volatile 是最基本的工具，需注意锁粒度与内存可见性。
• JDK 自带的类加载机制和枚举提供了更安全、更高效的实现方式。
• 在实际项目中，建议采用 静态内部类 或 枚举，同时在测试环境中对并发场景进行性能与正确性验证。

通过掌握以上实现手法，你可以在 Java 项目中灵活地使用单例模式，既保证线程安全，又保持代码的可读性与可维护性。祝编码愉快！