面试题：Java编程中常见反模式之单例模式的误用

反模式场景

双重检查锁定（DCL）问题：在早期的Java中，使用双重检查锁定实现单例，由于指令重排序，可能会导致在对象未完全初始化时就被其他线程访问。例如：

public class Singleton {
    private static Singleton instance;
    private Singleton() {}
    public static Singleton getInstance() {
        if (instance == null) { // 第一次检查
            synchronized (Singleton.class) {
                if (instance == null) { // 第二次检查
                    instance = new Singleton(); // 这里可能发生指令重排
                }
            }
        }
        return instance;
    }
}

在 instance = new Singleton() 这行代码中，对象的创建可能分为三步：分配内存空间、初始化对象、将 instance 指向分配的内存地址。由于指令重排，可能会先执行 1 和 3，然后执行 2。此时，如果另一个线程进入 getInstance 方法，在第一次检查 instance == null 时，发现 instance 不为空，但实际上对象还未初始化完成，从而导致错误。

静态内部类延迟加载的错误使用：虽然静态内部类实现单例能保证线程安全，但如果在静态内部类中包含一些非线程安全的操作，比如修改共享的静态变量，就会出现问题。例如：

public class Singleton {
    private static class SingletonHolder {
        private static final Singleton INSTANCE = new Singleton();
        // 假设这里有一个共享的静态变量且非线程安全操作
        private static int sharedValue = 0;
        public static void incrementSharedValue() {
            sharedValue++;
        }
    }
    private Singleton() {}
    public static Singleton getInstance() {
        return SingletonHolder.INSTANCE;
    }
}

如果多个线程同时调用 SingletonHolder.incrementSharedValue()，由于 sharedValue 没有同步机制，会导致数据不一致。

修正方法

使用 volatile 关键字解决 DCL 问题：对 instance 加上 volatile 关键字，禁止指令重排。修改后的代码如下：

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;
    }
}

解决静态内部类中共享变量的线程安全问题：对共享变量的操作进行同步。例如：

public class Singleton {
    private static class SingletonHolder {
        private static final Singleton INSTANCE = new Singleton();
        private static int sharedValue = 0;
        public static synchronized void incrementSharedValue() {
            sharedValue++;
        }
    }
    private Singleton() {}
    public static Singleton getInstance() {
        return SingletonHolder.INSTANCE;
    }
}

另外，还可以使用以下方式确保单例的线程安全：

饿汉式单例：在类加载时就创建实例，天然线程安全。

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

使用 Enum 实现单例：Java 枚举类型本身就保证了线程安全和单例性。

public enum Singleton {
    INSTANCE;
    // 可以在这里添加方法
    public void someMethod() {
        System.out.println("执行方法");
    }
}

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面试题：Java编程中常见反模式之单例模式的误用

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