终极版 单例模式
研究完了volatile关键字，再来深入了解下单例模式，以及单例模式中存在的各种隐患，以及解决方案，最后给出几种不存在隐患的单例模式
一. 双重检测单例模式
首先我们先来看一下，普通的双重检测的单例模式：
public class Singleton{
//类加载时初始化
private static Singleton singleton;
//构造方法私有化
private Singleton(){}
//获取对象的方法
public static Singleton getSingleton(){
if(singleton == null){ //提高效率
synchronized (Singleton.class) {
if(singleton == null){ //防止多线程情况下产生两个对象
singleton = new Singleton(); // 1
return singleton; //返回一个新的对象
}
}
}
return singleton; //将之前的对象返回 // 2
}
}这种单例模式存在什么弊端呢？
隐患一：（对象创建时重排序问题，解决方法：volatile关键字）
假设现在有两个线程，线程一执行到了代码1处，此时要创建对象，并赋值给singleton，这里可以分为三步：
memory = allocate(); //1：分配对象的内存空间
ctorInstance(memory); //2：初始化对象
instance = memory; //3：设置instance指向刚分配的内存地址上面的三行伪代码中的2和3之间，可能会被重排序（在一些JIT编译器上，这种重排序是真实发生的），2和3重排序之后的执行时序如下：
memory = allocate(); //1：分配对象的内存空间
instance = memory; //3：设置instance指向刚分配的内存地址
//注意，此时对象还没有被初始化！
ctorInstance(memory); //2：初始化对象这里首先分配了内存空间，然后让实例指向了这个地址，这个时候还没有初始化，所以这个时候指向了一个有问题的地址。
但是这时候已经指向了地址了，所以singleton已经不是空的了，如果说此时没有其他线程干扰，在创建对象到返回对象是一个单线程操作，那么是不存在问题的。 怎么会有问题呢？ 假设现在有一个线程二，执行这个方法，首先判断singleton是否为空，由于此时他已经指向了一个地址，所以不是空的了，然后线程二返回了一个有问题的singleton对象，这就是存在的问题。
如下图：（截图来自并发编程网）
如何解决这个问题呢？
JDK1.5之后，可以使用volatile关键字修饰变量来解决指令重排序写入产生的问题，因为volatile关键字的一个重要作用是禁止指令重排序，即保证不会出现内存分配、返回对象引用、初始化这样的顺序，从而使得双重检测真正发挥作用。即：
public class Singleton{
//类加载时初始化 加上一个volatile防止发生指令重排序
private static volatile Singleton singleton;
//构造方法私有化
private Singleton(){}
//获取对象的方法
public static Singleton getSingleton(){
if(singleton == null){ //提高效率
synchronized (Singleton.class) {
if(singleton == null){ //防止多线程情况下产生两个对象
singleton = new Singleton(); // 1
return singleton; //返回一个新的对象
}
}
}
return singleton; //将之前的对象返回 // 2
}
}volatile关键字不只能保证对象创建时的指令重排序，还能保证多线程下变量的重排序问题（内存模型的有序性），这是两种性质上的问题。在https://blog.csdn.net/qq_37113604/article/details/81362143中对保证变量的重排序问题进行了详细介绍。
隐患二：（反射创建对象带来的安全隐患，解决办法：设置标记变量）
这种写法禁止了指令重排序，但是还是存在一定的弊端，他并不能防止反射与反序列化创建两个不同的对象，又该如何解决？
先来一个测试代码：
public static void main(String[] args) {
try {
Constructor con = Singleton.class.getDeclaredConstructor();
con.setAccessible(true); //跳过java语言权限检查访问
Singleton s1 = (Singleton)con.newInstance(); //反射生成对象s1
Singleton s2 = (Singleton)con.newInstance(); //反射生成对象s2
System.out.println("s1.equals(s2): "+s1.equals(s2)); //false 两个对象
} catch (Exception e) {
// TODO Auto-generated catch block
e.printStackTrace();
}
}打印结果：
如何解决？ 再贴一下代码与测试代码
public class Singleton{
private static boolean flag = false; //定义一个标记
//类加载时初始化
private static Singleton singleton;
//构造方法私有化
private Singleton(){
if(!flag){
flag = !flag;
}
else{
try {
throw new Exception("duplicate instance create error!" );
} catch (Exception e) {
// TODO Auto-generated catch block
e.printStackTrace();
}
}
}
//获取对象的方法
public static Singleton getSingleton(){
if(singleton == null){ //提高效率
synchronized (Singleton.class) {
if(singleton == null){ //防止多线程情况下产生两个对象
singleton = new Singleton();
return singleton; //返回一个新的对象
}
}
}
return singleton; //将之前的对象返回
}
public static void main(String[] args) {
try {
Constructor con = Singleton.class.getDeclaredConstructor();
con.setAccessible(true); //跳过java语言权限检查访问
Singleton s1 = (Singleton)con.newInstance(); //反射生成对象s1
Singleton s2 = (Singleton)con.newInstance(); //反射生成对象s2
System.out.println("s1.equals(s2): "+s1.equals(s2));
} catch (Exception e) {
// TODO Auto-generated catch block
e.printStackTrace();
}
}
}
执行结果：第二次反射生成对象时，抛出了异常，这样就有效的防止了反射带来的安全隐患。
隐患三：（序列化与反序列化带来的安全隐患，解决办法：定义readResolve方法）
如果这个单例不需要用对象流传输，那么到这里就已经不再有隐患了，如果实现了Serializable接口，需要进行序列化，那么这里还存在最后一个问题，对象流在序列化与反序列化的时候，会不会产生两个不同的对象呢？
贴一下代码：
public class Singleton implements Serializable{
private static final long serialVersionUID = 1L;
private static boolean flag = false; //定义一个标记
//类加载时初始化
private static Singleton singleton;
//构造方法私有化
private Singleton(){
if(!flag){
flag = !flag;
}
else{
try {
throw new Exception("duplicate instance create error!" );
} catch (Exception e) {
// TODO Auto-generated catch block
e.printStackTrace();
}
}
}
//获取对象的方法
public static Singleton getSingleton(){
if(singleton == null){ //提高效率
synchronized (Singleton.class) {
if(singleton == null){ //防止多线程情况下产生两个对象
singleton = new Singleton();
return singleton; //返回一个新的对象
}
}
}
return singleton; //将之前的对象返回
}
public static void main(String[] args) throws Exception {
Singleton s1 = Singleton.getSingleton();
FileOutputStream fos = new FileOutputStream(new File("D:/bzy/1.txt"));
ObjectOutputStream oos = new ObjectOutputStream(fos);
oos.writeObject(s1); //将对象序列化存入1.txt
ObjectInputStream ois = new ObjectInputStream(new FileInputStream(new File("D:/bzy/1.txt")));
Singleton s2 = (Singleton) ois.readObject(); //反序列化生成对象
System.out.println("s2.equals(s1): "+s2.equals(s1)); //false不是同一对象
}
}打印结果：
解决办法：加入一个readResolve方法，当从I/O流中读取对象时，readResolve()方法都会被调用到，然后将当前存在的对象返回，实际上就是用readResolve()中返回的对象（当前对象）直接替换在反序列化过程中创建的对象。
再来贴一下代码：
双重检测最终版单例模式：（除去main方法）
public class Singleton implements Serializable{
private static final long serialVersionUID = 1L;
private static boolean flag = false; //定义一个标记
//类加载时初始化
private static Singleton singleton;
//构造方法私有化
private Singleton(){
if(!flag){
flag = !flag;
}
else{
try {
throw new Exception("duplicate instance create error!" );
} catch (Exception e) {
// TODO Auto-generated catch block
e.printStackTrace();
}
}
}
//获取对象的方法
public static Singleton getSingleton(){
if(singleton == null){ //提高效率
synchronized (Singleton.class) {
if(singleton == null){ //防止多线程情况下产生两个对象
singleton = new Singleton();
return singleton; //返回一个新的对象
}
}
}
return singleton; //将之前的对象返回
}
private Object readResolve() throws ObjectStreamException {
return singleton;//将当前对象返回，如果当前对象为空，那么即使反序列化了一个对象还是返回null
}
public static void main(String[] args) throws Exception {
Singleton s1 = Singleton.getSingleton();
FileOutputStream fos = new FileOutputStream(new File("D:/bzy/1.txt"));
ObjectOutputStream oos = new ObjectOutputStream(fos);
oos.writeObject(s1); //将对象序列化存入1.txt
ObjectInputStream ois = new ObjectInputStream(new FileInputStream(new File("D:/bzy/1.txt")));
Singleton s2 = (Singleton) ois.readObject(); //反序列化生成对象
System.out.println("s2.equals(s1): "+s2.equals(s1)); //false不是同一对象
}
}打印结果：
到这里双重检测的单例模式，可以说已经没有安全隐患了。下面的几种单例模式，就不再进行一一深入分析了
二 饿汉模式
饿汉模式的对象创建在类加载时创建，此时还不存在线程调用的情况，所以不会出现上面的隐患一，但是隐患二和隐患三是存在的，单例模式的最终版：
public class Singleton implements Serializable {
private static final long serialVersionUID = 1L;
private static boolean flag = false;
private static final Singleton singleton = new Singleton();
private Singleton() {
if (!flag) {
flag = !flag;
} else {
try {
throw new Exception("duplicate instance create error!");
} catch (Exception e) {
// TODO Auto-generated catch block
e.printStackTrace();
}
}
}
public static Singleton getInstance() {
return singleton;
}
private Object readResolve() throws ObjectStreamException {
return singleton;
}
}
三 静态内部类模式
由于静态内部类的特性，只有在其被第一次引用的时候才会被加载，然后加载静态类中的静态变量，这些操作在线程调度之前，所以可以保证其线程安全性，不存在隐患一。但是同样存在隐患二与隐患三，最终版：
public class Instance implements Serializable{
private static final long serialVersionUID = 1L;
private static boolean flag = false;
private Instance() {
if (!flag) {
flag = !flag;
} else {
try {
throw new Exception("duplicate instance create error!");
} catch (Exception e) {
e.printStackTrace();
}
}
}
private Object readResolve() throws ObjectStreamException {
return getInstance();
}
private static class InstanceHolder {
public static Instance instance = new Instance();
}
public static Instance getInstance() {
return InstanceHolder.instance ; //调用时InstanceHolder类被初始化
}
}
四 枚举模式
枚举的单例模式写起来十分简单，由于枚举在编译后，INSTANCE的创建是依靠类加载的所以不存在隐患一。
经过测试枚举模式创建的单例可以有效的防止隐患二，因为在getConstructor时就会报错，为什么会报错吗？通过反编译枚举类可以发现，类的修饰为abstract，所以没法实例化，反射也无能为力。
也可以有效防止隐患三，Java规范中规定，每一个枚举类型极其定义的枚举变量在JVM中都是唯一的，因此在枚举类型的序列化和反序列化上，Java做了特殊的规定。在序列化的时候Java仅仅是将枚举对象的name属性输出到结果中，反序列化的时候则是通过 java.lang.Enum 的 valueOf() 方法来根据名字查找枚举对象。
也就是说，以下面枚举为例，序列化的时候只将 INSTANCE 这个名称输出，反序列化的时候再通过这个名称，查找对于的枚举类型，因此反序列化后的实例也会和之前被序列化的对象实例相同。
enum SingletonDemo {
INSTANCE
}
最后送大家一段苹果的广告语，致疯狂的人
他们特立独行。他们桀骜不驯。他们惹是生非。他们格格不入。他们用与众不同的眼光看待事物。他们不喜欢墨守成规。他们也不愿安于现状。你可以认同他们，反对他们，颂扬或是诋毁他们。但唯独不能漠视他们。因为他们改变了寻常事物。他们推动人类向前迈进。或许他们是别人眼里的疯子，但他们却是我们眼中的天才。因为只有那些疯狂到以为自己能够改变世界的人，才能真正改变世界。