面试题：Java单例模式的线程安全实现方式及对比

Question

在Java中，单例模式有多种实现线程安全的方式，请详细描述至少两种实现方式，并分析它们在性能、资源占用等方面的优缺点。

Answer 1

饿汉式

1. 代码实现：

public class Singleton {
    private static final Singleton INSTANCE = new Singleton();
    private Singleton() {}
    public static Singleton getInstance() {
        return INSTANCE;
    }
}

2. 优点：
   • 线程安全，因为类加载时就创建实例，不存在多线程创建实例的问题。
   • 实现简单，代码量少。
3. 缺点：
   • 资源浪费，不管是否使用这个单例，类加载时就会创建实例。
   • 不支持延迟加载，如果单例创建开销大且长时间不用，会造成性能浪费。

静态内部类方式

1. 代码实现：

public class Singleton {
    private Singleton() {}
    private static class SingletonHolder {
        private static final Singleton INSTANCE = new Singleton();
    }
    public static Singleton getInstance() {
        return SingletonHolder.INSTANCE;
    }
}

2. 优点：
   • 线程安全，利用了类加载机制保证实例的唯一性。
   • 支持延迟加载，只有在调用getInstance()方法时，才会加载SingletonHolder类并创建实例。
   • 性能较好，没有额外的同步开销。
3. 缺点：
   • 相比饿汉式实现稍微复杂一点。

双重检查锁（DCL）方式

1. 代码实现：

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

2. 优点：
   • 支持延迟加载，提高了资源利用率。
   • 性能较高，只有第一次创建实例时会有同步开销，后续调用直接返回实例。
3. 缺点：
   • 实现复杂，需要注意volatile关键字的使用，防止指令重排导致的空指针异常。
   • 在高并发场景下，synchronized同步块会有一定的性能开销，虽然相比其他同步方式已经优化。