1、基本概念
单例设计模式,就是采取一定的方法保证在整个的软件系统中,对某个类只能存在一个对象实例,
并且该类只提供-一个取得其对象实例的方法(静态方法)。如:一般情况下,数据库的连接
2、饿汉式
2.1、饿汉式(静态常量)
class Singleton {
private final static Singleton1 singleton = new Singleton();
private Singleton(){}
public static Singleton getInstance(){
return singleton;
}
}
优缺点:
1) 优点:这种写法比较简单,就是在类装载的时候就完成实例化。避免了线程同步问题,性能高。
2)缺点: 在类装载的时候就完成实例化,没有达到Lazy Loading的效果。如果从始至终从未使用过这个实例,则
会造成内存的浪费
3)这种方式基于classloder机制避免了多线程的同步问题,不过,instance 在类装载时就实例化,在单例模式中大
多数都是调用getInstance方法,但是导致类装载的原因有很多种,因此不能确定有其他的方式(或者其他的静
态方法)导致类装载,这时候初始化instance就没有达到lazy loading的效果
4)结论: 这种单例模式可用,可能造成内存浪费
2.2、饿汉式 (静态代码块)
class Singleton {
private static Singleton singleton;
static {
singleton = new Singleton();
}
private Singleton(){}
public static Singleton getInstance(){
return singleton;
}
}
使用静态块的方式在类加载的时候实例化,优缺点和上面一样
3、懒汉式
3.1、懒汉式(线程不安全)
class Singleton {
private static Singleton singleton;
private Singleton(){}
public static Singleton getInstance(){
if(singleton == null) {
singleton = new Singleton();
}
return singleton;
}
}
优缺点:
1) 起到了Lazy Loading的效果,但是只能在单线程下使用。
2) 如果在多线程下, 一个线程进入了if (singleton = null)判断语句块,还未来得及往下执行,另一个线程也通过
了这个判断语句,这时便会产生多个实例。所以在多线程环境下不可使用这种方式
3) 结论:在实际开发中,不推荐使用这种方式
3.2、懒汉式(线程安全, 同步方法)
class Singleton {
private static Singleton singleton;
private Singleton(){}
public static synchronized Singleton getInstance(){
if(singleton == null) {
singleton = new Singleton();
}
return singleton;
}
}
优缺点:
1)解决了线程安全问题
2)效率太低了, 每个线程在想获得类的实例时候,执行getlnstance(方法都要进行同步。而其实这个方法只执行
一次实例化代码就够了,后面的想获得该类实例,直接return就行了。方法进行同步效率太低
3)结论: 在实际开发中,不推荐使用这种方式
3.3、懒汉式(线程不安全, 同步代码块)
class Singleton {
private static Singleton singleton;
private Singleton(){}
public static Singleton getInstance(){
if(singleton == null) {
synchronized (Singleton.class){
singleton = new Singleton();
}
}
return singleton;
}
}
效果和3.1一样,不推荐使用
3.4、双重检查锁
class Singleton {
private static volatile Singleton singleton;
private Singleton(){}
public static Singleton getInstance(){
if(singleton == null) {
synchronized (Singleton.class){
if(singleton == null ){
singleton = new Singleton();
}
}
}
return singleton;
}
}
volatile:1》当主内存的值更新后,就可以立即更新到工作内存中,保证可见性,避免后来的线程等待
2》还可以防止指令重排。
优缺点:
1) Double-Check 概念是多线程开发中常使用到的,如代码中所示,我们进行了两次if (singleton == null)检查,这
样就可以保证线程安全了。
2)这样, 实例化代码只用执行一次,后面再次访问时,判断if (== nul),直接return实例化对象,也减少性能开销。
第二个if(singleton ==null)防止前面一个线程刚好创建了,释放了锁刚好第二个线程走到
Synchronized进来了,如果这里不判断的话会导致重新创建了对象。这里需要加volatite关键字,是为了会由于指令重排问题导致出现未完全初始化的对象
对象创建时会有下面步骤:
1). 开辟堆空间
2). 对开辟的空间进行初始化
3). 将内存空间地址赋值给singleton对象
如果不加volatile 2和3顺序是可以打乱的,如果未初始化的对象赋值给了变量被业务使用了那么会造成
不可预知的
3)线程安全; 延迟加载;效率较高
4)结论: 在实际开发中,推荐使用这种单例设计模式
3.5、静态内部类
class Singleton {
private static Singleton singleton;
private static class SingletonInstance{
//声明一个静态属性
private static final Singleton SINGLETON = new Singleton();
}
public static Singleton getInstance(){
return SingletonInstance.SINGLETON;
}
}
优缺点:
1) 这种方式采用了类装载的机制来保证初始化实例时只有一个线程。
2)静态内部类方式在Singleton类被装载时并不会立即实例化,而是在需要实例化时,调用getlnstance方法,才
会装载SingletonInstance类,从而完成Singleton的实例化。
3)类的静态属性只会在第一-次加载类的时候初始化,所以在这里,JVM帮助我们保证了线程的安全性,在类进行
初始化时,别的线程是无法进入的。
4)优点:避免了线程不安全,利用静态内部类特点实现延迟加载,效率高
5)结论: 推荐使用.
3.6、单例破坏
以上单例创建方式都可以通过反射和反序列化给破坏掉
1》反射破坏单例原理:虽然构造器设置为私有,但是可以通过设置强制访问来调用其构造函数,具体为: c.setAccessible(true);
2》 序列化破坏单例原理:反序列化后的对象会重新分配内存,即重新创建
反射破坏:
单例:
public class HungerSingleton {
private final static HungerSingleton singleton = new HungerSingleton();
private HungerSingleton(){}
public static HungerSingleton getInstance(){
return singleton;
}
}
测试:
public class Test {
public static void main(String[] args) throws Exception {
Class clazz = HungerSingleton.class;
Constructor constructor = clazz.getDeclaredConstructor();
constructor.setAccessible(true);
HungerSingleton hungerSingleton = constructor.newInstance();
HungerSingleton hungerSingleton2 = constructor.newInstance();
System.out.println(hungerSingleton);
System.out.println(hungerSingleton2);
System.out.println(hungerSingleton == hungerSingleton2);
}
}
输出结果:
com.springboot.designPattern.singlon.hunger.HungerSingleton@68de145
com.springboot.designPattern.singlon.hunger.HungerSingleton@27fa135a
false
解决办法:
在构造方法中抛出异常。
public class HungerSingleton {
private final static HungerSingleton singleton = new HungerSingleton();
private HungerSingleton(){
if(singleton != null){
throw new RuntimeException("非法访问异常");
}
}
public static HungerSingleton getInstance(){
return singleton;
}
}
序列化破坏:
单例:需要实现Serializable 接口
import java.io.Serializable;
public class HungerSingleton implements Serializable {
private final static HungerSingleton singleton = new HungerSingleton();
private HungerSingleton(){
if(singleton != null){
throw new RuntimeException("非法访问异常");
}
}
public static HungerSingleton getInstance(){
return singleton;
}
}
序列化破坏:
import java.io.FileInputStream;
import java.io.FileOutputStream;
import java.io.ObjectInputStream;
import java.io.ObjectOutputStream;
public class Test {
public static void main(String[] args) throws Exception {
HungerSingleton hungerSingleton3 = HungerSingleton.getInstance();
FileOutputStream outputStream = new FileOutputStream("HungerSingleton.obj");
ObjectOutputStream objectOutputStream = new ObjectOutputStream(outputStream);
objectOutputStream.writeObject(hungerSingleton3);
outputStream.close();
FileInputStream fileInputStream = new FileInputStream("HungerSingleton.obj");
ObjectInputStream objectInputStream = new ObjectInputStream(fileInputStream);
HungerSingleton hungerSingleton4 = (HungerSingleton)objectInputStream.readObject();
System.out.println(hungerSingleton3);
System.out.println(hungerSingleton4);
System.out.println(hungerSingleton3 == hungerSingleton4);
}
}
输出结果:
com.springboot.designPattern.singlon.hunger.HungerSingleton@5f4da5c3
com.springboot.designPattern.singlon.hunger.HungerSingleton@1ee0005
false
解决方法:
在单例这加入readResolve()方法
public class HungerSingleton implements Serializable {
private final static HungerSingleton singleton = new HungerSingleton();
private HungerSingleton(){
if(singleton != null){
throw new RuntimeException("非法访问异常");
}
}
public static HungerSingleton getInstance(){
return singleton;
}
//反序列化调用
private Object readResolve(){
return singleton;
}
}
readResolve()方法防止反序列化破坏单例原理:在反序列化调用readObject()方法中,会先反序列
化一个实例,再进行判断是否定义了该方法,如果定义了该方法,则将刚才反序列化生成的对象进
行覆盖。其实实际上实例化了两次,只不过新创建的对象没有被返回
4、注册式
4.1、枚举
public enum EnumSingleTon {
INSTANCE;
public static EnumSingleTon getInstance(){
return EnumSingleTon.INSTANCE;
}
}
优缺点:
1)不仅能避免多线程同步问题,而且还能防止反序列化重新创建新的对象。,避免反射带来的问题。
2)结论: 推荐使用
枚举式单例模式,无法通过反射及反序列化来破坏单例。
无法通过反射破坏单例 是因为jdk底层做了限制,当发现反射调用的是枚举的构造器时,会抛出异常;
无法反序列化来破坏单例是因为反序列化时如果该Enum类已被实例化则通过类名及类对象找到该枚举类并返回;
4.2、容器式
import java.util.Map;
import java.util.concurrent.ConcurrentHashMap;
public class ContainerSingleton {
private ContainerSingleton(){}
private static Map map = new ConcurrentHashMap<>();
public static Object getInstance(String className){
Object instance = null;
if(!map.containsKey(className)){
try {
instance = Class.forName(className).newInstance();
map.put(className, instance);
}catch (Exception e){
e.printStackTrace();
}
return instance;
}else{
return map.get(className);
}
}
}
优缺点:
方便于管理众多的单例对象,但会出现线程安全问题,也会出现反射和反序列化
破坏其单例的现象,spring中的对象管理通过该方式
如果需要线程安全,我们可以加锁
public static Object getInstance2(String className){
Object instance = null;
if(!map.containsKey(className)){
synchronized (ContainerSingleton.class){
if(!map.containsKey(className)){
try {
instance = Class.forName(className).newInstance();
} catch (Exception e) {
e.printStackTrace();
}
map.put(className, instance);
}
}
}
return map.get(className);
}