怎么实现线程安全的单例模式？

线程安全的单例模式确保在多线程环境下，只有一个实例被创建。常见的实现方式包括 双重检查锁（DCL）、静态内部类、枚举 和 volatile + synchronized，每种方式通过同步机制或 JVM 特性保证线程安全。

关键事实

1. 单例模式目标：
   • 全局唯一实例，控制资源访问。
2. 线程安全问题：
   • 多线程并发创建实例，可能导致多个实例。
3. 实现原则：
   • 延迟加载（懒加载）或饿汉式。
   • 同步控制或利用 JVM 类加载机制。

具体实现方式

1. 双重检查锁（Double-Checked Locking, DCL）

• 原理：结合 volatile 和 synchronized，延迟加载并确保线程安全。
• 特点：
  • volatile 防止指令重排序，确保实例初始化完成。
  • 双重检查减少锁开销。

2. 静态内部类

• 原理：利用 JVM 类加载机制，延迟加载，线程安全由类加载器保证。
• 特点：
  • 类加载时单线程执行，天然线程安全。
  • 懒加载，调用 getInstance 时才加载。

3. 枚举

• 原理：JVM 保证枚举实例唯一，防反射和序列化破坏。
• 特点：
  • 最简洁，线程安全无额外开销。
  • 不可继承，适合简单单例。

4. 饿汉式（静态初始化）

• 原理：类加载时创建实例，JVM 保证线程安全。
• 特点：
  • 非懒加载，启动即创建。
  • 简单但可能浪费资源。

5. synchronized 方法

• 原理：方法加锁，确保每次只有一个线程创建实例。
• 特点：
  • 线程安全，但每次调用锁开销大。

延伸与面试角度

• DCL 为什么用 volatile？：
  • 防止 instance = new Singleton() 的指令重排序（分配内存 → 初始化 → 赋值）。
  • 无 volatile，线程可能拿到未初始化对象。
• 选择依据：
  • DCL：懒加载 + 高性能，常用。
  • 静态内部类：优雅，推荐。
  • 枚举：防反射，简单场景。
  • 饿汉式：启动快，无并发需求。
• 性能对比：
  • DCL 和静态内部类优于同步方法（锁范围小）。
  • 枚举和饿汉式无运行时开销。
• 反射破坏：
  • 反射可通过构造器创建实例，枚举天然免疫。
  • 其他方式需加防护：
• 实际应用：
  • Spring Bean 默认单例，用 DCL 或类加载实现。
• 面试点：
  • 问“线程安全原理”时，提同步或 JVM 类加载。
  • 问“优缺点”时，比较懒加载和性能。

总结

线程安全的单例模式可用 DCL（高效懒加载）、静态内部类（优雅）、枚举（最安全）、饿汉式（简单）或同步方法实现。DCL 和静态内部类最常用，枚举防反射最佳。面试时，可写 DCL 代码并解释 volatile，展示深入理解。