07 创建型模式-单例模式
1.单例模式介绍
单例模式（Singleton Pattern）是 Java 中最简单的设计模式之一，此模式保证
某个类在运行期间，只有一个实例对外提供服务，而这个类被称为单例类。
2.使用单例模式要做的两件事
- 保证一个类只有一个实例
- 为该实例提供一个全局访问节点
3. 单例模式结构
4.1 单例模式之饿汉式：
在类加载期间初始化静态实例,保证 instance 实例的创建是线程安全的 ( 实例在
类加载时实例化，有JVM保证线程安全).
特点: 不支持延迟加载实例(懒加载) , 此中方式类加载比较慢，但是获取实例对象
比较快。
问题: 该对象足够大的话，而一直没有使用就会造成内存的浪费。
public class Singleton_01 {
//1. 私有构造方法
private Singleton_01(){}
//2. 在本类中创建私有静态的全局对象
private static Singleton_01 instance = new Singleton_01();
//3. 提供一个全局访问点,供外部获取单例对象
public static Singleton_01 getInstance(){
return instance;
}
}
4.2懒汉式(线程不安全)
此种方式的单例实现了懒加载,只有调用getInstance方法时 才创建对象.但是如
果是多线程情况,会出现线程安全问题.
public class Singleton_02 {
//1. 私有构造方法
private Singleton_02(){}
//2. 在本类中创建私有静态的全局对象
private static Singleton_02 instance;
//3. 通过判断对象是否被初始化,来选择是否创建对象
public static Singleton_02 getInstance(){
if(instance == null){
instance = new Singleton_02();
}
return instance;
}
}
注意：
假设在单例类被实例化之前，有两个线程同时在获取单例对象，线程A在执
行完if (instance == null) 后，线程调度机制将 CPU 资源分配给线程B，此
时线程B在执行 if (instance == null)时也发现单例类还没有被实例化，这样
就会导致单例类被实例化两次。为了防止这种情况发生，需要对
getInstance() 方法同步处理。改进后的懒汉模式.
懒汉式(线程安全)
原理: 使用同步锁 synchronized 锁住 创建单例的方法 ，防止多个线程同时调
用，从而避免造成单例被多次创建。
public class Singleton_03 {
//1. 私有构造方法
private Singleton_03(){}
//2. 在本类中创建私有静态的全局对象
private static Singleton_03 instance;
//3. 通过添加synchronize,保证多线程模式下的单例对象的唯一性
public static synchronized Singleton_03 getInstance(){
if(instance == null){
instance = new Singleton_03();
}
return instance;
}
}
缺点：
懒汉式的缺点也很明显，我们给 getInstance() 这个方法加了一把大锁
（synchronzed），导致这个函数的并发度很低。量化一下的话，并发度
是 1，也就相当于串行操作了。而这个函数是在单例使用期间，一直会被调
用。如果这个单例类偶尔会被用到，那这种实现方式还可以接受。但是，
如果频繁地用到，那频繁加锁、释放锁及并发度低等问题，会导致性能瓶
颈，这种实现方式就不可取了。
双重校验
饿汉式不支持延迟加载，懒汉式有性能问题，不支持高并发。那我们再来看一
种既支持延迟加载、又支持高并发的单例实现方式，也就是双重检测实现方
式。
实现步骤:
- 在声明变量时使用了 volatile 关键字,其作用有两个:
保证变量的可见性：当一个被volatile关键字修饰的变量被一个线程修改的时
候，其他线程可以立刻得到修改之后的结果。
屏蔽指令重排序：指令重排序是编译器和处理器为了高效对程序进行优化的手
段，它只能保证程序执行的结果时正确的，但 是无法保证程序的操作顺序与代
码顺序一致。这在单线程中不会构成问题，但是在多线程中就会出现问题。 - 将同步方法改为同步代码块. 在同步代码块中使用二次检查，以保证其不被
重复实例化 同时在调用getInstance()方法时不进行同步锁，效率高。
public class Singleton_04 {
//1. 私有构造方法
private Singleton_04(){}
//2. 使用 volatile保证变量的可见性
private volatile static Singleton_04 instance = null;
//3. 对外提供静态方法获取对象
public static Singleton_04 getInstance(){
//第一次判断,如果instance不为null,不进入抢锁阶段,直接返回实例
if(instance == null){
synchronized (Singleton_04.class){
//抢到锁之后再次进行判断是否为null
if(instance == null){
instance = new Singleton_04();
}
}
}
return instance;
}
}
静态内部类
原理 根据静态内部类 的特性(外部类的加载不影响内部类)，同时解决了按
需加载、线程安全的问题，同时实现简洁。
- 在静态内部类里创建单例，在装载该内部类时才会去创建单例
- 线程安全：类是由 JVM 加载，而 JVM 只会加载1遍，保证只有1个单例
public class Singleton_05 {
private static class SingletonHandler{
private static Singleton_05 instance = new Singleton_05();
}
private Singleton_05(){}
public static Singleton_05 getInstance(){
return SingletonHandler.instance;
}
}
反射对于单例的破坏
反射技术过于强大，它可以通过 setAccessible() 来修改构造器，字段，方法
的可见性。单例模式的构造方法是私有的，如果将其可见性设为 public ，那么
将无法控制对象的创建。
public class Test_Reflect {
public static void main(String[] args) {
try {
//反射中，欲获取一个类或者调用某个类的方法，首先要获取到该类的Class 对象。
Class<Singleton_05> clazz = Singleton_05.class;
//getDeclaredXxx: 不受权限控制的获取类的成员.
Constructor c = clazz.getDeclaredConstructor(null);
//设置为true,就可以对类中的私有成员进行操作了
c.setAccessible(true);
Object instance1 = c.newInstance();
Object instance2 = c.newInstance();
System.out.println(instance1 == instance2);
} catch (Exception e) {
e.printStackTrace();
}
}
}
解决方法之一: 在单例类的构造方法中 添加判断 instance != null 时,直接抛
出异常
public class Singleton_05 {
private static class SingletonHandler{
private static Singleton_05 instance = new Singleton_05();
}
private Singleton_05(){
if(SingletonHandler.instance != null){
throw new RuntimeException("不允许非法访问!");
}
}
public static Singleton_05 getInstance(){
return SingletonHandler.instance;
}
}
上面的这种方式使代码简洁性遭到破坏,设计不够优雅.
序列化对于单例的破坏
public class Test_Serializable {
@Test
public void test() throws Exception{
//序列化对象输出流
ObjectOutputStream oos = new ObjectOutputStream(newFileOutputStream("tempFile.obj"));
oos.writeObject(Singleton.getInstance());
//序列化对象输入流
File file = new File("tempFile.obj");
ObjectInputStream ois = new ObjectInputStream(new FileInputStream(file));
Singleton Singleton = (Singleton) ois.readObject();
System.out.println(Singleton);
System.out.println(Singleton.getInstance());
//判断是否是同一个对象
System.out.println(Singleton.getInstance() == Singleton);//false
}
}
class Singleton implements Serializable{
private volatile static Singleton singleton;
private Singleton() {}
public static Singleton getInstance() {
if (singleton == null) {
synchronized (Singleton.class) {
if (singleton == null) {
singleton = new Singleton();
}
}
}
return singleton;
}
}
输出结构为false，说明：
通过对Singleton的序列化与反序列化得到的对象是一个新的对象，这就 破坏了
Singleton的单例性 。
解决方案:
/**
* 解决方案:只要在Singleton类中定义readResolve就可以解决该问题
* 程序会判断是否有readResolve方法,如果存在就在执行该方法,如果不存在-
-就创建一个对象
*/
private Object readResolve() {
return singleton;
}
readOrdinaryObject方法的代码片段
private Object readOrdinaryObject(boolean unshared)
throws IOException
{
//此处省略部分代码
Object obj;
try {
//通过反射创建的这个obj对象，就是本方法要返回的对象，也
可以暂时理解为是ObjectInputStream的readObject返回的对象。
//isInstantiable：如果一个serializable的类可以在运行
时被实例化，那么该方法就返回true
//desc.newInstance：该方法通过反射的方式调用无参构造方
法新建一个对象。
obj = desc.isInstantiable() ? desc.newInstance()
: null;
} catch (Exception ex) {
throw (IOException) new InvalidClassException(
desc.forClass().getName(),
"unable to create instance").initCause(ex);
}
return obj;
}
5 枚举(推荐方式)
public enum Singleton_06{
INSTANCE;
private Object data;
public Object getData() {
return data;
}
public void setData(Object data) {
this.data = data;
}
public static Singleton_06 getInstance(){
return INSTANCE;
}
}
