设计模式之单例模式~
设计模式包含很多，但与面试相关的设计模式是单例模式，单例模式的写法有好几种，我们主要学习这三种—饿汉式单例，懒汉式单例、登记式单例,这篇文章我们主要学习饿汉式单例
单例模式：
满足要点：
私有构造
提供静态全局变量
提供专门访问静态全局变量的方法
饿汉式实现：
实现类：
import java.io.Serializable;
//1：饿汉式
public class Singleton1 implements Serializable {
//私有构造
private Singleton1(){
System.out.println("private Singleton1");
}
//提供静态的全局变量
private static final Singleton1 INSTANCE= new Singleton1();//相对于懒汉式是提前创建的
//提供专有的方法去获得静态变量
public static Singleton1 getInstance(){
return INSTANCE;
}
public static void otherMethod(){
System.out.println("otherMethod()");
}
}
测试类：
public class Test_Singleton1 {
public static void main(String[] args) {
//触发当前类的加载链接--导致该类的初始化操作被创建，当我们调用otherMethod()方法时,该类已经被创建，因为在输出的内容中，包含该类私有构造中的内容
Singleton1.otherMethod();
System.out.println(">>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>");
//下面我们调用getInstance()方法时，得到的对象为上述已经创建好的对象
System.out.println(Singleton1.getInstance());
System.out.println(Singleton1.getInstance());
}
}
输出：
private Singleton1
otherMethod()
>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>
Singleton1@7ef20235
Singleton1@7ef20235
由于上述的单例我们实现的是Serializable接口，因此很容易被破坏，常见的破坏方式有以下几种：
反射破坏单例：
import java.lang.reflect.Constructor;
import java.lang.reflect.InvocationTargetException;
public class Test_Singleton1 {
Singleton1.otherMethod();
System.out.println(">>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>");
System.out.println(Singleton1.getInstance());
System.out.println(Singleton1.getInstance());
、
//反射破坏单例
reflection(Singleton1.class);
}
private static void reflection(Class<?> classz) throws NoSuchMethodException, InvocationTargetException, InstantiationException, IllegalAccessException {
//通过getDeclaredConstructor获得私有构造
Constructor<?> constructor=classz.getDeclaredConstructor();
//通过setAccessible使得私有的构造方法也可以被使用
constructor.setAccessible(true);
//使用newInstance创建新的对象
System.out.println("反射创建实例:"+constructor.newInstance());
}
}
输出：
private Singleton1
otherMethod()
>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>
Singleton1@7ef20235
Singleton1@7ef20235
private Singleton1
反射创建实例:Singleton1@15aeb7ab
经过反射操作的Singleton1已经不是单例了，由于getInstance和反射创建的对象并不是同一个，一个类有两个对象，并不符合单例
newInstance()和new()区别：
创建对象的方式不同，newInstance()是实用类的加载机制，new()则是直接创建一个类，newInstance创建类是这个类必须已经加载过且已经连接（Class.forName(“A”)这个过程），new创建类是则不需要这个类加载过
newInstance实际上是把new这个方式分解为两步,首先调用class的加载方法加载某个类，然后实例化，这样做的好处体现在我们可以在调用class的静态加载方法forName时获得更好的灵活性
newInstance 是弱类型(GC是回收对象的限制条件很低，容易被回收)、低效率、只能调用无参构造
new是强类型（GC不会自动回收，只有所有的指向对象的引用被移除是才会被回收，若对象生命周期已经结束，但引用没有被移除，经常会出现内存溢出）
预防反射破坏单例：
解决方法：
在私有构造中加入如下代码，当单例对象已经被创建过时，则直接抛出异常
if(INSTANCE!=null) {
throw new RuntimeException("单例对象不能重复创建");
}
测试结果如下：
对象只被创建了一次，第二次通过反射创建对象时，直接抛出异常
反序列化破坏单例：
import java.io.*;
import java.lang.reflect.InvocationTargetException;
public class Test_Singleton1 {
public static void main(String[] args) throws InvocationTargetException, NoSuchMethodException, InstantiationException, IllegalAccessException, IOException, ClassNotFoundException {
Singleton1.otherMethod();
System.out.println(">>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>");
System.out.println(Singleton1.getInstance());
System.out.println(Singleton1.getInstance());
//反序列化破坏单例
serializable(Singleton1.getInstance());
}
private static void serializable(Object instance) throws IOException, ClassNotFoundException {
ByteArrayOutputStream byteArrayOutputStream=new ByteArrayOutputStream();
//创建输出流对象
ObjectOutputStream objectOutputStream=new ObjectOutputStream(byteArrayOutputStream);
//通过writeObject将获取到的对象转变为字节流
objectOutputStream.writeObject(instance);
//创建文件输入流对象
//toByteArray()方法是将一个ByteArrayOutputStream对象转换为byte字符数组返回
ObjectInputStream objectInputStream=new ObjectInputStream(new ByteArrayInputStream(byteArrayOutputStream.toByteArray()));
//通过readObject将转变后的字节流还原成对象
System.out.println("反序列化创建实例："+objectInputStream.readObject());
}
}
输出：
这种反序列化的过程不仅可以产生新的对象，且并不实现构造方法
private Singleton1
otherMethod()
>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>
Singleton1@7ef20235
Singleton1@7ef20235
反序列化创建实例：Singleton1@1a93a7ca
预防反序列化破坏单例：
解决办法为在Singleton1类中重写readResolve方法，使得它的返回值为初始创建的instance对象，而不是通过反序列化再创建新的对象
public Object readResolve(){
return INSTANCE;
}
Unsafe破坏单例：
unsafe(Singleton1.class);
private static void unsafe(Class<?> clazz) throws InstantiationException {
Object o = UnsafeUtils.getUnsafe().allocateInstance(clazz);
System.out.println("Unsafe 创建实例:" + o);
}
Unsafe是JDK内置的一个类，它并不是Java标准类，一般的开发者不会涉及此类的开发，它不需要调用构造函数，且这种破坏方式目前没有解决的办法
枚举类实现饿汉式单例：
enum_Sington类：
public enum enum_Sington {
INSTANCE;
private enum_Sington(){
System.out.println("private enum_Sington()");
}
public static enum_Sington getInstance(){
return INSTANCE;
}
@Override
public String toString() {
return getClass().getName()+"@"+Integer.toHexString(hashCode());
}
public static void otherMethod(){
System.out.println("otherMethod()");
}
}
测试类：
import java.io.*;
import java.lang.reflect.InvocationTargetException;
public class Test_Sington2 {
//单例模式-饿汉式
public static void main(String[] args) throws InvocationTargetException, NoSuchMethodException, InstantiationException,IOException, ClassNotFoundException {
enum_Sington.otherMethod();
System.out.println(">>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>");
System.out.println(enum_Sington.getInstance());
System.out.println(enum_Sington.getInstance());
}
}
输出：
private enum_Sington()
otherMethod()
>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>
enum_Sington@7ef20235
enum_Sington@7ef20235
然而对于枚举类，反序列化并不能将其破坏掉，验证如下：
在上述的测试类中加入反序列的代码，如下所示：
serializable(enum_Sington.getInstance());
private static void serializable(Object instance) throws IOException, ClassNotFoundException {
ByteArrayOutputStream byteArrayOutputStream=new ByteArrayOutputStream();
ObjectOutputStream objectOutputStream=new ObjectOutputStream(byteArrayOutputStream);
//通过writeObject将获取到的对象转变为字节流
objectOutputStream.writeObject(instance);
ObjectInputStream objectInputStream=new ObjectInputStream(new ByteArrayInputStream(byteArrayOutputStream.toByteArray()));
//通过readObject将转变后的字节流还原成对象
System.out.println("反序列化创建实例："+objectInputStream.readObject());
}
输出：
private enum_Sington()
otherMethod()
>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>
enum_Sington@7ef20235
enum_Sington@7ef20235
反序列化创建实例：enum_Sington@7ef20235
通过输出结果，我们会发现，反序列化创建的对象和上述枚举类创建的对象是同一个
那么反射可以破坏吗？
验证如下：
reflection(enum_Sington.class);
private static void reflection(Class<?> classz) throws NoSuchMethodException, InvocationTargetException, InstantiationException, IllegalAccessException {
//通过getDeclaredConstructor获得私有构造
Constructor<?> constructor=classz.getDeclaredConstructor();
//通过setAccessible使得私有的构造方法也可以被使用
constructor.setAccessible(true);
System.out.println("反射创建实例:"+constructor.newInstance());
}
newInstance实例化对象只能调用无参构造方法（如果重写了一个带参构造方法，想要使用newInstance，则必须指定一个无参构造方法，否则会报初始化错误）
懒汉式实现：
import java.io.Serializable;
public class Singleton3 implements Serializable {
private Singleton3(){
System.out.println("private Singleton3()");
}
private static Singleton3 INSTACE =null;//开始将其置为null，当要使用它时，才创建该对象
public static Singleton3 getInstance() {
if (INSTACE == null) {
INSTACE = new Singleton3();
}
return INSTACE;
}
public static void otherMethod() {
System.out.println("otherMethod()");
}
}
class Test_Singleton1 {
public static void main(String[] args) {
//INSTACE对象此时还不会被创建
Singleton3.otherMethod();
System.out.println(">>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>");
//当调用getISTACE方法时，INSTACE对象才会被创建
System.out.println(Singleton3.getInstance());
System.out.println(Singleton3.getInstance());
}
}
otherMethod()
>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>
private Singleton3()
Singleton3@7ef20235
Singleton3@7ef20235
但懒汉式会出现一个问题，也就是不加线程的保护下，多个线程都可以调用getINSTACE方法，那么当多线程调用这个方法时，就会出现下述问题：
线程1首次调用getINSATCE方法，发现INSTACE是null没有被创建，因此进行创建，当线程1执行到if语句中的代码时，线程二也调用该方法，假设此时线程1还没有完成将刚创建好的对象赋值给INSTACE的这个操作，就会出现当线程2调用该方法时，INSTACE显示还是为null，它也会创建新的INSTACE对象，此时就不能被称为是单例了
这就是我们在多线程环境下执行单例存在的问题，那么该如何解决呢？
给getInstance方法加安全保护，也就是用sychronized进行修饰，其原理就是给该方法加锁
当加锁后的运行过程如下所示：
当线程2获得使用权后，进入该方法，发现INSTCE不为null，则不进行该对象的创建，直接返回前面线程1已经创建好的INSTCE对象，这样就能有效的避免多线程下单例模式的正确运行
但这样做的性能并不是最好的，原因是：我们加锁的目的就是为了防止INSTACE被多次创建，这样虽然能够解决首次仅由一个线程创建该对象，但当下次调用该方法的时候，加锁似乎没什么意义，因为对象已经被创建出来了
我们理想的目标是首次调用该方法加锁，而后续调用不加锁
优化方法——使用双检锁：
注意：
使用双检锁的INSTACE对象必须用volatile关键字修饰：主要利用内存屏障，保证有序性，在多线程下防止发生指令重排序
private static volatile Singleton3 INSTACE =null;
内部类实现懒汉式单例：
发生在懒汉式中的多线程安全问题并没有出现在饿汉式实现单例中，原因是我们将其INSTACE对象的创建赋值给了static修饰的变量，而被static修饰的代码最终都会放在静态代码块中执行，而静态代码块中的线程安全并不需要我们去考虑，java虚拟机会帮我们保证其安全
那我们只需想办法将懒汉式中的INSTACE对象创建过程放在一个静态的代码块中即可，如下所示：
内部类也是符合懒汉式的特征，如果内部类没有被使用，那么类的加载链接初始化过程也不会发生，自然写在其中的INSTACE也不会被重复创建，那么什么时候会使用到它呢？
就是调用getInstace方法的时候，因此我们只需要将类的使用过程写在getInstace方法中
import java.io.Serializable;
public class Singleton3 implements Serializable {
private Singleton3(){
System.out.println("private Singleton3()");
}
private static class Holder {
static Singleton3 INSTACE=new Singleton3();
}
public static Singleton3 getInstance(){
return Holder.INSTACE;
}
public static void otherMethod() {
System.out.println("otherMethod()");
}
}
class Test_Singleton1 {
public static void main(String[] args) {
//触发当前类的加载链接--导致该类的初始化操作被创建，当我们调用otherMethod()方法时,该类已经被创建，因为在输出的内容中，包含该类私有构造中的内容
Singleton3.otherMethod();
System.out.println(">>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>");
//下面我们调用getInstance()方法时，得到的对象为上述已经创建好的对象
System.out.println(Singleton3.getInstance());
System.out.println(Singleton3.getInstance());
}
}
上述使用内部类的懒汉式，也正是我们所推荐的，不仅符合懒汉式的特征，而且可以保证线程安全